Empty Link - Energi Norge
TILSTANDSKONTROLL AV KRAFTNETT HÅNDBOK – KRAFTLEDNING PUBLIKASJONSNR.: 338-2011 Energi Norge AS – EnergiAkademiet Besøksadresse: Middelthuns gate 27 Postadresse: Postboks 7184 Majorstuen, 0307 OSLO Telefon: 23 08 89 00 Telefaks: 23 08 89 01 Epost: [email protected] Internett: www.energinorge.no Publ.nr: 338-2011 ISBN-nr: 978-82-432-0666-3 © Energi Norge AS Etter lov om opphavsrett til åndsverk av 12. mai 1961 er det forbudt å mangfoldiggjøre innholdet i denne publikasjonen, helt eller delvis, uten tillatelse av Energi Norge AS. Forbudet gjelder enhver form for mangfoldiggjøring ved trykking, kopiering, stensilering, båndspill, elektronisk o.l. Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Innledning Innledning Tilstandskontroll av kraftnett - Håndbok Kraftledning er utarbeidet i Energi Norges fellesfinansierte prosjekt Tilstandskontroll og restlevetid for nettkomponenter av en arbeidsgruppe bestående av følgende representanter: Magne Nordnes, HelgelandsKraft Johnny Fløan, Trønderenergi Kjartan Kallekleiv, BKK Nett Steinar Refsnæs, SINTEF Energi Thomas Welte, SINTEF Energi (sekretær) Håndbok Kraftledning omhandler følgende enheter: – Strømførende system – Tremast Hver av de nevnte enhetene er beskrevet i separate kapitler, og hvert kapittel er delt inn i følgende delkapitler: Komponentbeskrivelse Kapitlet beskriver den aktuelle enhetens oppbygging, virkemåte og primære funksjoner. Beskrivelsen vinkles ut fra et vedlikeholdsperspektiv, dvs. en beskrivelse av karakteristiske trekk ved enheten som medfører et vedlikeholdsbehov, f.eks. tekniske løsninger og materialvalg. Det er ikke mulig å beskrive alle tekniske løsninger i detalj. Beskrivelsen er derfor basert på de kraftledningssystemer som er mest vanlig i Norge. Skadetyper Kapitlet beskriver de skadene som typisk oppstår på enheten. Mulige årsaker, mulige konsekvenser og aktuelle tilstandskontrollmetoder beskrives for hver skadetype. Med skade menes i denne sammenhengen en fysisk tilstand ved en enhet 1) som oppfattes som negativ i forhold til ønsket eller forventet fysisk tilstand. En skade kan ha oppstått som et resultat av en plutselig påkjenning, eller som et resultat av en påkjenning (sviktmekanisme 2)) som har pågått over lengre tid. Når en skade er så alvorlig at enheten ikke lengre oppfyller en krevd funksjon 3), har enheten en feil 4). 1) 2) 3) 4) Enhet – Enhver del, komponent, innretning, delsystem, funksjonell enhet, utstyr eller system som kan bli individuelt vurdert. Sviktmekanisme – Fysisk, kjemisk eller andre prosesser som fører eller har ført til svikt. Krevd funksjon – Funksjon eller en kombinasjon av funksjoner til en enhet som vurderes som nødvendig for å yte en gitt tjeneste. Feil – En tilstand for en enhet karakterisert ved en manglende evne til å utføre en krevd funksjon, bortsett fra manglende evne på grunn av forebyggende vedlikehold eller andre planlagte handlinger, eller på grunn av manglende eksterne ressurser. Mai 2011 Side 3 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Innledning De skadetypene som er mest aktuelle for en kraftledning er: – råte – korrosjon – utmatting – deformasjoner / forskyvninger – løse/defekte bolteforbindelser og deler – forvitring – hakkespetthull – mekaniske skader og brannskader Tilstandskontrollmetoder Kapitlet beskriver de viktigste tilstandskontrollmetodene (både inspeksjoner og direkte målinger) som kan benyttes for overvåking og diagnostisering av enhetens tilstand. Hvis en tilstandskontrollmetode kan brukes for bedømming av den aktuelle tilstanden til enheten gir dette kapitlet også kriterier for karaktersetting. De tilstandskontrollmetodene som er mest aktuelle for en kraftledning er: – visuell inspeksjon – termografering – deteksjon av partielle utladninger – resistansmåling – hammermetode – råtehund – ultralyd (PURL) – Poletest – POLUX – Pilodyn – boring (manuelt bor eller momentbor) Kriterier for karaktersetting I noen tilfeller kreves flere tilstandskontrollmetoder og målinger for å kunne karaktersette tilstanden, f.eks. ved kontroll av kraftledningsstolper. I disse tilfellene kan kriteriene for karaktersetting være angitt i et eget kapittel. Tilstandkontrollprogram Kapitlet inneholder et veiledende tilstandskontrollprogram for den aktuelle enheten. Litteraturreferanser Denne håndboka gir mange referanser til rapporter, standarder og veiledninger (f.eks. RENblader) samt annen type litteratur hvor en kan finner fordypende informasjon hvis en skulle være interessert i detaljer om komponenter, konstruksjonsløsninger, skadetyper og tilstandskontrollmetoder. Mai 2011 Side 4 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Innholdsfortegnelse Innholdsfortegnelse 1 KRAFTLEDING ......................................................................................................... 7 1.1 Funksjon ............................................................................................................ 7 1.2 Delsystemer ....................................................................................................... 7 1.3 Skader og skadeårsak ......................................................................................... 7 2 STRØMFØRENDE SYSTEM..................................................................................... 8 2.1 Komponentbeskrivelse ....................................................................................... 8 2.2 Skadetyper ....................................................................................................... 11 2.2.1 Faseline ............................................................................................... 11 2.2.2 Kontaktklemmer og skjøter.................................................................. 16 2.3 Tilstandskontrollmetoder og karaktersetting ..................................................... 19 2.3.1 Visuell inspeksjon ............................................................................... 19 2.3.2 Termografering (IR-termografisk metode) ........................................... 21 2.3.3 Deteksjon av partielle utladninger ........................................................ 23 2.3.4 Resistansmåling ................................................................................... 24 3 TREMAST ................................................................................................................ 26 3.1 Komponentbeskrivelse ..................................................................................... 26 3.2 Skadetyper ....................................................................................................... 28 3.3 Tilstandskontrollmetoder.................................................................................. 37 3.3.1 Visuell inspeksjon ............................................................................... 37 3.3.2 Hammermetode ................................................................................... 38 3.3.3 Råtehund ............................................................................................. 38 3.3.4 Pole Ultrasonic Rot Locator (PURL) ................................................... 38 3.3.5 Poletest ................................................................................................ 39 3.3.6 POLUX ............................................................................................... 40 3.3.7 Pilodyn (Pilodyn-slaghammer og repeterende Pilodyn-slaghammer) .... 40 3.3.8 Manuelt bor (f.eks. tilvekstbor) ............................................................ 41 3.3.9 Momentbor (f.eks. Resistograph) ......................................................... 42 3.4 Tilstandsvurdering og karaktersetting ............................................................... 43 3.4.1 Trestolper (råteskader, hakkespetthull, mekaniske skader, e.l.) ............ 43 3.4.2 Skader på traversfeste (klaver, traversstag og bolter)............................ 51 3.4.3 Løs eller manglende topphette ............................................................. 52 3.4.4 Mast ute av stilling .............................................................................. 52 4 TILSTANDSKONTROLLPROGRAM ..................................................................... 53 5 LITTERATURREFERANSER ................................................................................. 55 Mai 2011 Side 5 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Innholdsfortegnelse Vedlegg A SKADER PÅ STRØMFØRENDE SYSTEM ............................................................ 57 A.1 Skader på liner ................................................................................................. 59 A.2 Skader på klemmer og skjøter .......................................................................... 64 A.3 Korrosjonstyper ............................................................................................... 68 B TILSTANDSVURDERING AV TREMASTER ........................................................ 71 B.1 Metoder for tilstandsvurdering og karaktersetting............................................. 73 B.1.1 Generelt grunnlag for en tilstandsvurdering ......................................... 73 B.1.2 Metoder for tilstandkontroll av trestolper ............................................. 75 B.2 Undersøkelse av stolpens tverrsnitt og beregning av stolpens motstandsmoment ............................................................................................ 85 B.2.1 Beregning av stolpens dimensjonerte motstandsmoment ...................... 85 B.2.2 Undersøkelse av tverrsnitt og stolpens resterende motstandsmoment ... 85 B.3 Trefibrenes karakteristisk fasthet ...................................................................... 87 C TILSTANDSKRITERIER OG SKADENIVÅER PÅ FEAL-LINER 6/1 ................... 89 Mai 2011 Side 6 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 1 KRAFTLEDING 1.1 Funksjon Kraftledning Kraftledning Den primære funksjonen til en kraftledning er å − overføre driftsstrøm og dimensjonerende kortslutningsstrømmer uten overoppheting eller for høye tap − holde driftsspenning og dimensjonerende spenninger uten kortslutninger og oversalg til jord 1.2 Delsystemer En kraftledning består av følgende delsystemer: − strømførende system − lineoppheng − mast (tremast, betongmast, stålmast) − fundamentering og forankring − jordings- og overspenningsavledningssystem − tilleggsutstyr Den aktuelle versjonen til håndboka inneholder kun kapitler som handler om disse delsystemene: − strømførende system − tremast Flere kapitler er planlagt og skal følge senere. 1.3 Skader og skadeårsak I praksis skyldes mange skader design- og montasjefeil samt dårlig prosjektering. Linjen kan være for svak dimensjonert, konstruksjonsløsninger eller komponenter ble valgt feil, skader kan bli initiert gjennom uriktig montasje, mm. Dette kan føre til redusert styrke, økt belastning av andre komponenter, mastehavari og initiering av følgeskader. Det er viktig å sjekke om ikke slike underliggende årsaker (rotårsak) har ført til en skade, fordi den samme skaden igjen vil dukke opp etter kort tid hvis ikke den underliggende årsaken kartlegges og fjernes. Forebyggende tiltak (gode rutiner og nøyaktige kontroller under prosjektering, innkjøp, linjebygging, som f.eks. byggeovervåking og kvalitetskontroller) er meget viktig i denne sammenhengen for å unngå skader og feil i driftsperioden. Mai 2011 Side 7 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system 2 STRØMFØRENDE SYSTEM 2.1 Komponentbeskrivelse Den primære funksjonen til et strømførende system er å overføre driftsstrøm og dimensjonerende kortslutningsstrømmer uten overoppheting eller for høye tap. Samtidig må deler av det strømførende systemet ha mekaniske egenskaper (sekundærfunksjon), som skal motstå ulike statiske og dynamiske lastvirkninger. Disse er et resultat av samvirket mellom de dimensjonerende klimalastene (is, vind etc.), opphengsystem, mast og linjedesign. Et strømførende system består av følgende komponenter: – faseleder eller faseline – skjøt – kontaktklemme 1) Dessuten er loopen en del av det strømførende systemet. Loopen er imidlertid et systemarrangement bestående av ulike komponenter (line, avspenning, loopskjøter (hylse eller parallellklemme), dempelodd, støtteisolator, …). Loopen blir derfor ikke beskrevet som en egen komponent i tilstandskontrollhåndboka. Skadetyper og tilstandskontrollmetoder som er aktuell for loopen vil imidlertid være beskrevet i kapitlene for de enkle komponentene. Det er viktig å påpeke at design og type komponenter som er brukt på loopen vil ha stor betydning for type skader som oppstår, hvor disse skadene oppstår og hvor rask skadene oppstår. Ulike looparrangementer og deres fordeler og ulemper er beskrevet i referansene [1] og [2]. Faseleder __________________________________________________________________________ Faselederen overfører den elektriske energien til forbrukerne, og den skal kunne tåle store mekaniske påkjenninger. __________________________________________________________________________ Faselederen er den viktigste delen i et kraftledningssystem. Dimensjonen til stolper, spennlengder, barduner, traverser og isolatorer bestemmes blant annet ut fra ledertypen. Det finnes mange typer faseledere, både med og uten isolasjon: – Isolerte ledere blir brukt både ved lavspenningsanlegg og høyspenningsanlegg opp til 24 kV. Eksempelvis EX- hengeledning, BLL eller BLX. – Uisolerte ledere er enten av én tråd eller kombinasjon av flere uisolerte tråder. – En line er en flertrådet uisolert eller en XLPE- (PEX-) eller PE-belagt leder. Materialet kan være kopper, aluminium, stål, en kombinasjon av stål og aluminium eller legert aluminium. – Kopper er dyrere enn aluminium, men det har bedre ledningsevne. I et korrosivt miljø er kopper det beste materialet. – Ellers er det ulike typer aluminiumsliner; det finnes også innfettete liner til bruk i områder som er utsatt for korrosjon. 1) Med kontaktklemme mener vi i hovedsak skruklemmer som kan åpnes. Mai 2011 Side 8 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system – I store overføringslinjer er det vanlig at ledningsmaterialet er en kombinasjon av aluminium og stål (Feral). – Stål har forholdsvis dårlig ledningsevne og gir stor overføringstap. Stål blir først og fremst brukt for å gi god mekanisk styrke der det er store spennlengder, og det brukes som oftest i kombinasjon med aluminium, som har god ledningsevne. – I lavspenningsanlegg blir det stort sett brukt kopper og aluminium. Den vanligste typen er en isolert Al-hengeledning som har typebetegnelse EX [3]. Skjøt __________________________________________________________________________ En skjøt defineres som en strekkfast eller ikke strekkfast kontaktovergang. __________________________________________________________________________ Skjøten kan ha følgende bruksområder: – mekanisk og elektrisk forbindelse i et spenn – mekanisk og elektrisk forbindelse i en avspenning – elektrisk forbindelse i en loop – isolerende (EX-hengeledning) Skjøter kan deretter deles inn i grupper etter det prinsippet som benyttes for å oppnå god elektrisk- eller mekanisk holdfasthet. Vanlige skjøtetyper som er brukt i Norge er: – presshylse – automatskjøt (kileskjøt) – vriskjøt – detonasjonsskjøt (eksplosjonsskjøt) – andre De ulike skjøtetypene er beskrevet i rapporten Tilstandskontroll av klemmer og skjøter i kraftledninger [1]. Kontaktklemme __________________________________________________________________________ En kontaktklemme skal fungere som en ikke strekkfast kontaktovergang. __________________________________________________________________________ En kontaktklemme (kort: klemme) kan ha følgende bruksområder: – skjøt i loop (parallellklemme) – avgrening – frakobling ved arbeid på linjen (skruklemme som kan åpnes) – isolerende og penetrerende på isolerte ledere (EX-hengeledning) – kobling til apparat – kombinert koblings- og jordingsklemme – midlertidig fra- eller tilkobling, som f.eks. AUS Det finnes to typer kontaktklemmer: Avgreningsklemmer og parallellklemmer (se Figur 2.1 og Figur 2.2). Mai 2011 Side 9 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Avgrenings- og parallellklemmer kan deles inn i undergrupper avhengig av hvilke ledere som skal kobles sammen: – Avgreningsklemmer kan ha to lederspor med ulik krumningsradius og eventuelt ulike kontaktmaterialer. o Al/Al o Al/Cu (overgangsklemme) o piggklemmer (Al/Al, Al/Cu) – En parallellklemme fungerer som en ikke strekkfast skjøt og skiller seg i hovedsak fra avgreningsklemmene ved at de to ledersporene har samme krumningsradius. En sekundærfunksjon er også at den benyttes til frakobling. o Al/Al o Cu/Cu Forskjellige avgrenings- og parallellklemmer er nærmere beskrevet i rapporten Tilstandskontroll av klemmer og skjøter i kraftledninger [1]. Figur 2.1 Avgrening fra en gjennomgående ledning med avgreningsklemmer i loopen. Figur 2.2 Parallellklemmer i loop. Mai 2011 Side 10 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 2.2 Skadetyper 2.2.1 Faseline Kraftledning Strømførende system Faselinen vil i hovedsak være utsatt for følgende skadetyper: – sårskader (hakk, sår, riper, lysbuesår, etc.) – slitasje (overflateslitasje, innvendig slitasje og slitasje mellom trådlag) – korrosjon – deformasjon og forskyvninger (slakke tråder, burdannelse, redusert eller økt pilhøyde, etc.) – trådbrudd Disse skadetypene er beskrevet i Tabell 2.1 – Tabell 2.5. En nærmere beskrivelse av skadetypene samt bakenforliggende årsaker er gitt i Vedlegg A. Tabell 2.1 Faseline – Sårskader. (Se også Tabell A.1 i Vedlegg A.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Hakk, sår, riper: ytre mekaniske påvirkninger - Lysbuesår: overspenninger, kortslutninger, jordslutninger eller serielysbue - Utmatting, korrosjon, trådbrudd, linebrudd - Visuell inspeksjon - Synlige skader og avvik på linens overflate a) b) c) Figur 2.3 Sårskader: a) Tversgående hakk ved kanten av tapen (mulig årsak: bruk av kniv for å kappe tapen). b) Tversgående hakk på linens overflate (mulig årsak: spor etter oppstrekningsverktøy). c) Skade på linens overflate (mulig årsak: slitasje/fretting ved vibrasjon eller linependling). Mai 2011 Side 11 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Tabell 2.2 Faseline – Slitasje. (Se også Tabell A.2 i Vedlegg A.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Gnidningskorrosjon - Fretting - (Abrasiv) slitasje pga. partikler - Redusert ledningsevne - Redusert bruddstyrke - Trådbrudd - Linebrudd - Kan initiere utmatting - Visuell inspeksjon - Synlige slitasjetegn på linens overflate - Mørkt belegg på eller mellom trådene - Mørkt pulver mellom trådene nær klemmer og hylser Figur 2.4 Slitasje på indre trådlag av aluminium (mulig årsak: vibrasjon og pendling). Mai 2011 Side 12 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Tabell 2.3 Faseline – Korrosjon. (Se også Tabell A.3 i Vedlegg A.) Årsaker - Ulike korrosjonstyper (som beskrevet i Tabell A.9 i Vedlegg A) - Redusert ledningsevne - Redusert bruddstyrke - Trådbrudd - Linebrudd - Kan initiere utmatting - Visuell inspeksjon - Termografering - Synlige tegn til korrosjon f.eks. hvite korrosjonsbelegg Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning a) b) c) Figur 2.5 Korrosjonsskader: a) Korrosjon i linen utenfor avspenningen på strekksiden (mulig årsak: GaK eller SK). b) Korrosjon i linen (mulig årsak: ACC eller GaK). c) Linebrudd (mulig årsak: GaK mellom stål og aluminium). GaK: Galvanisk korrosjon, SK: Spaltekorrosjon, ACC: Vekselsstrømkorrosjon. Mai 2011 Side 13 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Tabell 2.4 Faseline – Deformasjoner og forskyvninger. (Se Tabell A.4 i Vedlegg A.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Plastisk tøyning (materialflytning) - Økt linestrekk - Redusert linestrekk - Slitasje - Utmatting - Korrosjon - Trådbrudd - Linebrudd - Visuell inspeksjon - Måling av pilhøyde vha. landmålingsutstyr - Synlige tegn til løse tråder og deformasjoner - Synlig stram eller slakk line Figur 2.6 Eksempel på deformasjoner og forskyvninger: Burdannelse (mulig årsak: uheldig montasje). Mai 2011 Side 14 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Tabell 2.5 Faseline – Trådbrudd. (Se Tabell A.5 i Vedlegg A.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Kritiske tøyning eller spenning - Kombinert strekk- og bøyespenninger - Utmatting pga. dynamiske påkjenninger - Høy temperatur - Produksjonsfeil - Lysbuer - Vekselstrømkorrosjon eller slitasje mellom trådene - Løse tråder - Redusert ledningsevne - Avsmelting av stålkjernen - Fasebrudd - Visuell inspeksjon - Termografering - Deteksjon av partielle utladninger - Synlige tegn til korrosjon a) b) Figur 2.7 a) Trådbrudd i stålline i fjordspenn. b) Trådbrudd inne i klemmen (mulig årsak: utmatting pga. vibrasjon). Mai 2011 Side 15 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 2.2.2 Kraftledning Strømførende system Kontaktklemmer og skjøter Kontaktklemmene og skjøtene vil i hovedsak være utsatt for følgende skadetyper: – redusert kontaktkraft – dårlig kontaktovergang – korrosjon Disse skadetypene er beskrevet i Tabell 2.6 – Tabell 2.8. En nærmere beskrivelse av skadetypene samt bakenforliggende årsaker er gitt i Vedlegg A. Tabell 2.6 Kontaktklemmer og skjøter – Redusert kontaktkraft. (Se Tabell A.6 i Vedlegg A.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Plastisk deformasjon, kryp og sig - Utflatting av leder - Sprekkdannelse og brudd i klemme - Frostsprengning i hylse eller indre hydraulisk trykk i detonasjonsskjøt - Løse bolter - Resistansøkning - Ustabil kontaktovergang - Overtemperatur og avsmelting av linetråder - Redusert mekanisk holdfasthet i strekkfaste skjøter - Utglidning av lina - Fasebrudd - Brannskader - Visuell inspeksjon - Resistansmåling - Termografering - Momentnøkkel (for å kontrollere tiltrekkingsmoment) - Økt resistans - Varmeutvikling - Synlig lederutflating - Synlige sprekker eller brudd - Økt eller sterk varierende hylsediameter - Løs line - Løse bolter eller redusert tiltrekkingsmoment - Trådbrudd Mai 2011 Side 16 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Tabell 2.7 Kontaktklemmer og skjøter – Dårlig kontaktovergang. (Se Tabell A.7 i Vedlegg A.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Liten kontaktkraft - Dårlig kraftfordeling - Lite kontaktareal - Lite oksid-brytende kontakter - Dårlig forsegling av kontaktflatene - Kortslutning - Resistansøkning - Ustabil kontaktovergang - Dynamiske påkjenninger og mekanisk svikt - Overtemperatur og avsmelting av linetråder - Fasebrudd - Brannskader - Visuell inspeksjon - Resistansmåling - Termografering - Synlige avvik i montasjen - Økt resistans - Varmeutvikling - Mørke klemmer eller liner Mai 2011 Side 17 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Tabell 2.8 Kontaktklemmer og skjøter – Korrosjon. (Se Tabell A.8 i Vedlegg A.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Galvanisk korrosjon pga. av sammenkobling av ulike materialer - Spaltekorrosjon pga. fuktighet og forurensninger i trange hulrom - Vekselstrømskorrosjon pga. ujevn strømfordeling - Redusert kontaktareal - Resistansøkning - Ustabil kontaktovergang - Overtemperatur og avsmelting av linetråder - Utglidning av line - Fasebrudd - Brannskader - Visuell inspeksjon - Resistansmåling - Termografering - Synlige tegn til korrosjon - Synlige korrosjonsprodukter - Økt resistans - Varmeutvikling - Mørke klemmer eller liner - Trådbrudd Figur 2.8 Korrosjon i en overgangsklemme. Mai 2011 Side 18 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 2.3 Kraftledning Strømførende system Tilstandskontrollmetoder og karaktersetting Den mest vanlige måten for tilstandskontroll av liner/strømførende system er visuell vurdering, utført fra bakken av en ”fotpatrulje” eller fra helikopter. Dette er en effektiv metode, men bør brukes sammen med instrumentelle metoder (f.eks. termografering eller deteksjon av partielle utladninger) og eventuelt stikkprøver med påfølgende laboratorie/skadeanalyser for å danne et riktig bilde av det framtidige vedlikehold - og fornyelsesbehovet. Beskrivelsen i denne håndboka er begrenset til de følgende metodene: − visuell inspeksjon − stikkprøver med påfølgende laboratorie-/skadeanalyser − termografering (IR-termografisk metode) − deteksjon av partielle utladninger − resistansmåling på klemmer og skjøter Andre metoder som er under utvikling eller som er delvis brukt i utlandet er beskrevet i notatet Informasjon om vanlige tilstandskontrollmetoder for liner [4]. 2.3.1 Visuell inspeksjon Visuell kontroll er den mest vanlige metoden ved kontroll av liner, skjøter og klemmer. Metoden er ikke destruktiv og kan utføres fra bakken med kikkert og kamera eller speil på isolerstang, gyrostabiliserte kameraer fra helikopter eller ved at kontrolløren klatrer opp i masten og løsner på klemstykket i hengeklemmen for å kunne inspisere liner mht. korrosjon og slitasje. Tilstandsparametrene som registreres er visuelle subjektive inntrykk. Linen kontrolleres mht. mørke skygger eller korrosjon som snor seg langs linen mellom trådene (indikasjon på trådbrudd, dårlig kontakt, begynnende vekselstrømkorrosjon), slitasje på linens overflate, mørkt pulver mellom trådene (vibrasjon), lysbuesår, sprekker eller trådbrudd. Om metoden kan brukes under drift er avhengig av om kontrolløren skal stå på bakken, sitte i helikopter eller om han skal klatre i stolpen. Fordelen med metoden er at den gir på en enkel måte mulighet for å avdekke ytre skader og klarlegge årsakene. Ulempen med metoden er at besiktigelsen kan være tidkrevende og krever en erfaren kontrollør som kan vurdere tilstandsparametrene. Med mindre det er langt framskredne korrosjonsangrep vil metoden ikke kunne gi informasjon om linens indre nedbrytning. Kvaliteten på registreringen avhenger av kontrollørens erfaring, nøyaktighet, kunnskap om utstyret, materialer og skadetyper. Det er vanskelig å inspisere hele faselederen. Det begrenser seg ofte til noen meter fra mastepunkt. Selv grove feil midt i spenn er vanskelig å detektere, men bruk av helikopter kan gi mulighet til å oppdage slike feil. Kriterier for karaktersetting for klemmer og skjøter er gitt i Tabell 2.9. Et forslag på tilstandskriterier for FeAl-liner - 6/1 er gitt i Tabell 2.10 basert på inndelingen i ulike skadenivåer som er presentert i rapporten Tilstandskontroll av liner [5]. I 0 er det vist bilder med eksempler på ulike skadenivåer for korrosjon på FeAl-liner - 6/1. Mai 2011 Side 19 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Tabell 2.9 Strømførende system – Visuell inspeksjon av klemmer og skjøter. Karakter Kriterier for karaktersetting 1 Ingen synlige tegn til skader eller feilmontasje Kontaktflatene er ikke børstet og innfettet. Klemmen er plassert i loopens 2 laveste punkt. Enkelte linekordeler ligger utenfor klemmen. Klemmen er åpnet og remontert uten børsting og innfetting. Det er benyttet fett 3 som inneholder partikler, i skruklemmer. Bendsling på linens ende ligger under klemmen. Linen har flatet ut. En klemmedel ligger skeivt. Synlige tegn på varmgang (smeltet tråd, fargeforandring, lysbuesår) Kraftige utbulninger eller formvariasjoner i skjøtehylser. Kraftig korrosjon. 4 Kontaktfett er hardt og har kokset seg. Kontakten har synlige sprekker. Kraftige deformasjoner på klemmedeler. Klemmen er løs. 5 Funksjonssvikt har ført til fasebrudd eller utglidning av linen. Tabell 2.10 Strømførende system – Visuell inspeksjon av liner 1). Karakter Kriterier for karaktersetting 1) 2) (se også 0) Ingen synlige tegn til skader eller feilmontasje 1 Blank eller halvblank line Uangrepet Al, ingen Al-oksid mellom trådene Lysgrå halvblank line Grå - sort belegg mellom trådene 2 Ofte mørke flekker og striper med jevne mellomrom Grå islett og spesielt på undersiden Ingen Al-oksid, eller skimter litt Al-oksid mellom trådene Mellomgrå eller mørkegrå halvblank line eller matt line Mørkegrå belegg på undersiden 3 Ofte mørke flekker Tydelig Al-oksid mellom trådene, eller skimter ofte Al-oksid mellom trådene Mellomgrå eller mørkegrå matt line Mørkegrå belegg på undersiden 4 Ser tydelig Al-oksid mellom trådene som sprenges fra hverandre Linen har trådbrudd 5 Funksjonssvikt har ført til fasebrudd 1) 2) Tilsvarende skadenivå i [5] 0, 1.1 1.2, 1.3, 1.4, 2.1, 2.2 3.1, 3.2, 3.3., 4.1, 4.2, 4.3 5.1, 6.1, 6.2 - Gjelder kun korrosjon på FeAl-liner - 6/1 Observasjoner på linens overflate eller mellom trådene Mai 2011 Side 20 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 2.3.2 Kraftledning Strømførende system Termografering (IR-termografisk metode) Alle objekter med temperaturer over det absolutte nullpunkt 0 K, har en utstråling av elektromagnetisk energi. Innenfor en avgrenset del av dette bølgespekteret finnes det infrarøde området (IR-området), som også kan betegnes som varmestråler. Registrering av IR-strålers intensitet kan skje ved å benytte en enkel detektor, som er aktiv innenfor et begrenset optisk fokusert område (punktmåler), eller ved bruke en helikoptermontert gyrostabilisert plattform eller håndholdt detektor, som kan gjengi et videobilde og termisk bilde, såkalt termografering. Dataene lagres slik at det kan gjennomføres laboratorieanalyser for å justere de ulike måleparametrene. Ved bruk av nyere IR-følsomme instrumenter er det mulig på sikker avstand å måle temperaturen på spenningssatte komponenter i el-anlegg. Utstyret er brukt til å detektere skader på liner klemmer og skjøter. Metoden gir et synlig varmebilde (Figur 2.9) eller temperaturgradienten. Skadetyper som kan registreres er: − trådbrudd − kraftig korrosjon − ujevn strømfordeling pga. trådbrudd ved eller under opphengsklemmer Fordelen med metoden er at den er praktisk med hensyn til å kontrollere liner, klemmer og skjøter fra et helikopter, et kjøretøy eller fra bakken. Ulempen er at, for å kunne gjennomføre en korrekt temperaturmåling, må brukeren kjenne til alle parametrene som i større eller mindre grad påvirker målingene. Justering av kameraet er kritisk mht. ytre faktorer som vil påvirke måleresultatene. Faktorer som det må tas hensyn til er refleksjoner, strålingsoppvarming, lastavhengig oppvarming og forandring av emisjonsfaktoren. Variasjon i emisjonsfaktoren (f. eks mørke flekker pga. fett og lignende) gir falsk indikasjon på korrosjon. Korrosjon eller annen nedbrytning i et tidlig stadium kan ikke registreres. Å ta hensyn til alle disse faktorene synes derfor ikke å være spesielt praktisk. Pga. nevnte ulemper gjennomføres derfor vanligvis kontrollen på en enklere måte ved at en sammenligner fasene, og dersom en av kontaktforbindelsene er varmere enn de andre, så blir denne skiftet ut. Dette er imidlertid ingen garanti mot at de øvrige kontaktene kan ha forhøyet resistans. Kriterier for karaktersetting er gitt Tabell 2.11. Tilstanden til kontakten bestemmes av dens registrerte temperaturstigning Treg. Denne størrelsen tilsvarer temperaturdifferansen mellom kontakten Tkon og omgivelsestemperaturen To eller eventuelt linen TL. Det forutsettes at temperaturstigningen er forårsaket av strømbelastningen IL. Begge verdier registreres samtidig, og for å kunne evaluere tilstanden til kontakten, må den registrerte temperaturstigningen ∆Treg omregnes til temperaturstigningen ∆Teva, som ville oppstått ved maks strømbelastning i linen, f.eks. termisk grenselast, Imaks. ∆Teva = (Imaks / IL)2∆Treg ∆Treg Tkon To IL Imaks ∆Teva registrerte temperaturstigning kontaktens temperatur omgivelsestemperaturen strømbelastning i linen maks strømbelastning, for eksempel termisk grenselast evaluert temperaturstigning i kontakten ved maks strømbelastning Mai 2011 Side 21 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Figur 2.9 Termografering: Ujevn strømfordeling i en line nær et tilkoblingspunkt. Tabell 2.11 Strømførende system – Termografering av klemmer og skjøter. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting Overtemperatur i forhold til Overtemperatur i forhold omgivelsestemperatur til line eller kontakter på nabofaser Kontaktens temperatur er Hvis overtemperatur, ∆Teva < lavere enn linas (negativ 10 oC, kan drift fortsette uten overtemperatur). restriksjoner o o For 10 C < ∆Teva < 35 C, kan Ingen synlige eller målbare tegn til utskifting være nødvendig i overtemperatur i forhold løpet av neste til lina. Sammenlignet vedlikeholdsperiode med kontakten i nabofasen kan denne kontakten ha høyere temperatur. o o For 35 C < ∆Teva < 70 C, kan Lik eller litt høyere temperatur enn lina og utskifting være nødvendig i kontakten i nabofasen. løpet av en måned o Kan ha høy For ∆Teva > 70 C, kan overtemperatur i forhold utskifting være nødvendig til lina straks Anmerkning På grunn av maskeringseffekter av vind, konveksjon til lina, solstråling, regn, fukt, tåke, varierende emisjonsfaktorer for lav strømbelastning, så, kan målingene bli usikre Større pålitelighet for å kunne registrere overtemperatur Funksjonssvikt har ført til fasebrudd eller utglidning av linen. Mai 2011 Side 22 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 2.3.3 Kraftledning Strømførende system Deteksjon av partielle utladninger Det finnes måleutstyr for å detektere partielle utladninger, bl.a. de følgende to instrumenter: − Glim-Tech Glim-Tech konseptet består av et helikoptermontert måle- og registreringsutstyr, som skal detektere utstrålte elektromagnetiske støypulser fra partielle utladninger på skadede komponenter i luftnett. Det har vært utført målinger på kraftledninger opp til 420 kV systemspenning. I tillegg inngår et håndholdt utstyr for deteksjon av akustisk støy fra partielle utladninger. Det akustiske utstyret kan anvendes på spenningsnivå opp til 66 kV. Utstyret bør kun benyttes i tørt vær. Erfaringer har vist at utladninger i mange tilfeller er detektert fra løse topphetter, barduner som ligger an mot travers eller fra løse isolatorfester. − Daycor II DayCorII er en bil- eller helikoptermontert, gyrostabilisert, dag - og natt UV/videokamera, for inspeksjon og detektering av korona og lysbuedannelse i kraftledninger og isolatorer på mer en 150 m avstand. UV registreringen foregår i et bølgebånd (240 - 280 nm) hvor solstrålene absorberes av osonlaget slik at UV stråling i dette bølgebåndet bare kan komme fra andre kilder. Skader som kan detekteres med disse instrumentene er først og fremst trådbrudd. Fordelen med metoden er at den gir en enkel mulighet for å avdekke trådbrudd i ytre lag. Ulempen er at kun skader i linens ytre trådlag registreres, og sannsynligvis ikke under hengeklemmer og avspenningsklemmer. Korrosjon i et tidlig stadium kan ikke registreres. Tabell 2.12 Strømførende system – Deteksjon av partielle utladninger. Karakter Kriterier for karaktersetting Utladningsnivået på korrekt utførte bendslinger vil normalt være så små at de 1 ikke medfører forstyrrelser på radio og TV, og vil vanligvis ikke bli detektert fra helikopter. 2 Det er vanskelig å nyansere mer detaljert. 3 Dårlig kontakt i jordforbindelsen mellom travers / isolator og mastejording, sprekker i støtte eller piggisolatorer, skadet overspenningsavleder, dårlig 4 utførte eller skadete bendslinger og trådbrudd i linens ytre lag kan gi kraftige utladninger som kan detekteres. 5 Funksjonssvikt har ført til fasebrudd eller utglidning av linen. Mai 2011 Side 23 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 2.3.4 Kraftledning Strømførende system Resistansmåling Tilstanden kan angis ved k-verdien. k-verdien beregnes ved: k-verdi = kontaktens resistans / tilsvarende linelengdes resistans Kontaktens ”kritiske” k-verdi defineres som en tilstand hvor differansen mellom linens temperatur like utenfor skjøten og linetemperaturen lenger ute i spennet (∆T = TLinetemperatur like utenfor skjøt – TLinetemperatur ute i spennet) er null, se Figur 2.10. Kontaktsystemet går altså over fra å være kaldere til å bli varmere enn linen. Avhengig av skjøtens dimensjoner kan den ”kritiske” k-verdien for en skjøt erfaringsmessig ligge i området 1,2 –1,6. ΔT ∆T 0 k kritisk k Figur 2.10 Kontaktens ”kritiske” k-verdi defineres som en tilstand hvor differansen ∆T mellom linens temperatur like utenfor skjøten og linetemperaturen lenger ute i spennet er null. Konsekvensen av høy k-verdi er: − Høyere startverdier ved montasje kan føre til akselerert aldring − Strømbanen kan tvinges over i stålkjernen pga. dårlig kontakt mellom linen og aluminiumhylsen. Dette kan føre til overoppheting og avsmelting av stålkjernen inne i skjøten eller lysbuer og avsmelting av stål og aluminiumtråder like utenfor skjøten. Skjøtenes tilstand kontrolleres ved en resistansmåling over hele skjøten og over hver halvdel, se måleoppsettet i Figur 2.11 og Figur 2.12. Følgende målinger utføres: = referanselinens lengde [m] Lr La = linelengde på side 1 av skjøten [m] Lb = linelengde på side 2 av skjøten [m] Lj = skjøtens lengde [m] (hele eller halve skjøten) Rr = referanselinens resistans [μΩΩ] (fra tabell) Rj = skjøtens resistans [μΩ] (hele eller halve skjøten). R = Ra + Rj + Rb Ra eller Rb = linetampenes resistans Mai 2011 Side 24 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Strømførende system Referanseline Lr Rr Skjøt La Lj Ra Rj Lb Rb Figur 2.11 Måleoppsett for k-verdimåling over hele skjøter. La Lj Ra Rj Figur 2.12 Måleoppsett for k-verdimåling over den ene halvdelen av skjøten. Den hele eller halve skjøtens resistans Rj beregnes iht. IEC 61238-1 på følgende måte: L + Lb R j = R − Rr a Lr k-verdien beregnes da som: k= R j ⋅ Lr Rr ⋅ Lj Tabell 2.13 Strømførende system – Resistansmåling. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting k < 0,4 Kontakten har lavere temperatur enn lina. 0,4< k < 1 1 < k < 1,6 Kontakten har samme temperatur, som lina ved k ≈ 1,5-1,6 k > 1,6 Kontakten har høyere temperatur enn lina. Funksjonssvikt har ført til fasebrudd eller utglidning av lina. Mai 2011 Side 25 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3 TREMAST 3.1 Komponentbeskrivelse Kraftledning Tremast Primærfunksjonen til en mast er å bære faselinen og å holde linen i en posisjon over bakken slik at kravene på forskrifter om minsteavstander (faseavstand og avstand over bakken, til hus, vei, vegetasjon etc.) er oppfylt. Samtidig skal en mast motstå en dimensjonerende klimalast som avhenger av linjetype og spenningsnivå (sekundærfunksjon). En tremast kan bestå av følgende komponenter: – trestolpe – travers – klave for traversfeste – topphette – traversstag – lineoppheng (skal beskrives i eget kapittel) – fundamentering, forankring og avstivning (skal beskrives i eget kapittel) o fundament o fjellstag (=forankringsstag) o fotbolt o bardun o strever o diverse andre; bolter, skruer, dybler, labanker, … – diverse andre komponenter (for eksempel driftsmerking) I dette kapittelet ser vi imidlertid kun på de følgende tremastkomponentene: – trestolpe – travers – klave for traversfeste – traversstag – topphette En prinsippskisse av en tremast er vist i Figur 3.1. Tremaster kan deles inn i seks ulike konstruksjoner som vist i Figur 3.2. Mai 2011 Side 26 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast isolator topphette klave travers traversstag pinneskruer strever bardunholder bardun gjennomgående jordline jordleder fjellstag fundament Figur 3.1 Tremast med angivelse av utstyr og sammenføyninger. (Konstruksjonen er neppe reell, men tegningen brukes her som anskueliggjøring.) E-mast A-mast H-mast dobbel A-mast (DA) H-mast med strev (N-mast) AA-mast Figur 3.2 Forskjellige konstruksjonsløsninger for tremaster. Figuren viser også potensielle angrepspunkter for råte som er markert med sirkler. Mai 2011 Side 27 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.2 Kraftledning Tremast Skadetyper På en tremast vil i hovedsak følgende skadetyper kunne oppstå: – råteskader – hakkespetthull – mekanisk skade – brannskade – forvitring – ute av stilling – korrosjon på bolter, stag og klaver – deformasjon av bolter, stag og klaver – utmatting av klaver og bolter for traversfeste – løse bolter og klaver Disse skadetypene er nærmere beskrevet i Tabell 3.1 - Tabell 3.10. Tabell 3.1 Tremast – Råteskade (gjelder både trestolper og tretravers). Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder 1) Påvisning 1) - Mastekonstruksjon (Figur 3.2, Figur 3.3, Figur 3.4) - Manglende topphette - Tildekning av trevirke (f.eks. skilt, eller asfalt inntil stolpe) - Dårlige råtebeskyttende egenskaper (f.eks. dårlig eller feil impregnering) - Klima (kombinasjon av “høy” temperatur og fukt) - Grunnforhold (fjell, skog, dyrket mark, …) - Mekanisk svekkelse som fører til redusert evne til å motstå ytre påkjenninger - Brudd eller mastehavari - Stolpen eller traversen gir etter slik at de forskriftsmessige avstandene ikke overholdes - Visuell inspeksjon - Hammermetoden - Pole Ultrasonic Rot Locator (PURL) - Poletest - POLUX - Manuelt bor - Momentbor (f.eks. Resistograph) - Pilodyn (på saltimpregnerte stolper) - Råtehund - Visuell kontroll: Synlige tegn på råte - Hammer: Klangen i stolpen og tilbakespretten av hammeren - PURL: Positiv utslag på råte (lyssignal) og motstandsmoment av et råteskadet tverrsnitt i % av det opprinnelige motstandsmomentet - Poletest: Bøyefasthet (fiberstyrke) - POLUX: Bøyefasthet (fiberstyrke) - Momentbor: Skalltykkelse og relativ materialfasthet - Manuelt bor: Skalltykkelse - Pilodyn: Relativ materialfasthet - Hund: Råtelukt Metodene er nærmere beskrevet i [6] og [7]; flere tilstandskontrollmetoder er listet opp i [8] Mai 2011 Side 28 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Råte i stolpetopp pga. manglende topphette Råte i spettsmie Råte i boltehullene for stagfestene Råte i hullene for hakeboltenes festekramper Råte i skråskjært fuktsugende stolpeende Figur 3.3 Råteutsatte områder i kreosotimpregnerte stolper med fjellstag og bolting av mastefot. Figur 3.4 Råteutsatte områder i kreosotimpregnerte limtrestolper. Mai 2011 Side 29 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Det skilles mellom innvendig og utvendig råte (se Figur 3.6). Utvendig råte har størst innvirkning på stolpens styrke, fordi det er i det ytre skallet hvor spenningene er høyest under bøyebelastning. Tabell 3.1 viser de mest vanlige tilstandskontrollmetodene. Disse metodene, samt flere andre metoder, er nærmere beskrevet i rapporten Metoder som kan benyttes til registrering av råte i trestolper [6]. Noen utvalgte tilstandskontrollmetoder (visuell kontroll, hammermetoden, PURL, Poletest og boring) ble testet ut i en undersøkelse som ble gjennomført 2001. Resultatene er beskrevet i rapporten Uttesting av kontrollmetoder for trestolper [7]. En mer omfattende beskrivelse av råteproblematikken finnes i rapporten Sannsynlighet for råteangrep i trestolper [9]. Denne rapporten analyserer hvordan blant annet mastekonstruksjon, montasje, alder, grunnforhold og klima påvirker sannsynligheten for råteangrep. a) b) c) d) Figur 3.5 Råteutvikling innvendig råte: a) Begynnende råte i uimpregnerte lommer i overgangen mellom kjernen og det kreosotimpregnerte skallet. b) Råten sprer seg langs kreosotskallet. c) Kjernen er omsluttet av råte og bidrar ikke lenger til styrken ved bøyepåkjenninger. d) Kraftig kjerneråte i en kreosotimpregnert stolpe. Mai 2011 Side 30 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett a) Kraftledning Tremast b) c) Figur 3.6 Innvendig og utvendig råte: a) Innvendig råte i kjernen av en kreosotimpregnert stolpe. b) Utvendig råte. c) Utvendig råte i og like under jordbåndet. Tabell 3.2 Tremast – Hakkespetthull. (Se Figur 3.7a og Figur 3.7b.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Hakkespettangrep pga. behov for reirplass, soveplass, matsøk, matfat osv. - Frittstående stolper på høydedrag som tilfredsstiller spettens krav til sikker sove- og reirplass - Mekanisk svekkelse som fører til redusert evne til å motstå ytre påkjenninger - Initiering av råte - Brudd eller mastehavari - Visuell inspeksjon - Bor eller annet utstyr (f.eks. PURL) for å kvantifisere skadeomfanget og hullets posisjon (for å kunne bedømme stolpens reststyrke) - Synlige tegn til hakkespettskader og hakkespetthull Rapporten Hakkespettskader på trestolper [10] kartlegger årsaken til hakkespettangrep i trestolper og kommer med anbefalinger om hensiktsmessige tiltak. Tabell 3.3 Tremast – Mekanisk skade. (Se Figur 3.7c.) Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Ytre påkjenninger (påkjørsel med traktor eller brøytebil, trefall på mastene og linjen, …) - Svekkelser som fører til avskallinger, tverrsnittsreduksjon og dermed en styrkereduksjon - Skadepunkt kan være utgangspunkter for andre skader, f.eks. råte - Visuell inspeksjon - Synlige tegn til ytre mekaniske skader Mai 2011 Side 31 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast b) a) c) Figur 3.7 Hakkespetthull og mekaniske skader: a) Hakkespetthull b) Såkalt ”spettsmie” med kongle c) Avskalling ved brøyting Tabell 3.4 Tremast – Brannskade. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Brann eller lynnedslag - Jordslutning pga. fasebrudd eller loopbrudd - Mekanisk svekkelse som fører til redusert evne til å motstå ytre påkjenninger - Brudd eller mastehavari - Skadepunkt kan være utgangspunkter for andre skader, f.eks. råte - Visuell inspeksjon - Synlige tegn til brannskader Tabell 3.5 Tremast – Forvitring. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Sol og værpåkjenninger - Mekanisk svekkelse som fører til redusert styrke - Trevirke kan bli fliset og splintret - Sprekkdannelse og avskallinger - Mastehavari - Visuell inspeksjon - Diametermåling - Synlige tegn til forvitring Mai 2011 Side 32 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Figur 3.8 Forvitring på stolpens overflate pga. sol og værpåkjenninger. Tabell 3.6 Tremast – Ute av stilling. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Svikt i forankring som vanligvis skyldes feil i forankringen, f.eks. fundamentskader eller feil utført fundamentering, bardunskader, forankringsskader, … (se kapittel 8) - Feil dimensjonering eller feil montasje - Ekstraordinære værpåkjenninger (vind, is) - Vridning ved fasebrudd eller skjev islast - Økt belastning på mastekonstruksjonen, nabomaster og andre komponenter - Mastehavari - Visuell inspeksjon - Måling av forskyvning med lodd - Tegn til skjev mast, eller målt forskyvning i mastetoppen Skadetypen “Ute av stilling” skyldes egentlig skader eller svikt på andre enheter i kraftledningssystemet (se Tabell 3.6, årsaker). Derfor hører denne skadetypen egentlig hjem i andre kapitler i denne håndboka. Likevel nevnes denne skadetypen her i tremastkapittelet, fordi den skjeve stillingen av masten gjør først og fremst en kontrollør oppmerksom på at det er en skade. Tabell 3.7 Tremast – Korrosjon på bolter, stag og klaver. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Korrosjon: Fukt, korrosivt miljø (f.eks. kystklima), … - Saltimpregnerte stolper med CCA-impregnering (CCA: kobber, krom, arsen) eller annen kopperholdig impregnering kan gi korrosjon på metalliske komponenter - Redusert styrke, kan føre til brudd - Kan utløse utmatting (korrosjonsutmatting) - Økte belastninger på andre komponenter - Mastehavari - Initiering av følgeskader - Visuell inspeksjon - Synlige tegn til korrosjon, slakke barduner, skeive master Mai 2011 Side 33 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Fotbolter er mest utsatt for korrosjon. Fotboltene kan være tildekket. For å kunne gjennomføre kontroll må disse blottlegges. a) b) Figur 3.9 a) Fotbolt og fjellstag. b) Brudd i forankringsstag pga. korrosjon (karakter 5). Tabell 3.8 Tremast – Deformasjon på traversstag og bolter (traversbolter). Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Løse klaver eller andre feil som fører til større påkjenninger på traversstag og bolter - Ekstreme klimapåkjenninger - Underdimensjonering - Økte belastninger på andre komponenter - Mastehavari - Kan føre til ujevn lastfordeling på stolpene - Initiering av følgeskader - Visuell inspeksjon - Synlige tegn til deformasjon Tabell 3.9 Tremast – Utmatting på klaver og bolter (traversbolter). Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Bevegelser i master pga. påkjenninger (f.eks. vind) - ”Dårlig” konstruksjon (mast er ikke stiv nok) kan ofte være årsak - Design og produksjonsmetode av klave kan utløse utmatting (f.eks. kornvekst av kaldbearbeidet område i sinkbad) - Økte belastninger på andre komponenter - Kan føre til ujevn lastfordeling på stolpene - Traversen løsner og kan falle ned - Initiering av følgeskader - Visuell inspeksjon (toppbefaring, kamera på isolerstang, helikopter) - Synlige tegn til sprekkdannelse i klavene - Traversen bikker fremover Mai 2011 Side 34 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast a) b) Figur 3.10 Utmatting på klaver og bolter: a) Sprekkdannelse i klave (karakter 4). b) Klavebrudd (karakter 5). Tabell 3.10 Tremast – Løse bolter og klaver. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Deformasjon av trevirket reduksjon av forspenning - Korrosjon - Bevegelser i masten, vibrasjoner - Økte belastninger på andre komponenter - Mastehavari - Initiering av følgeskader - Visuell inspeksjon - Synlige tegn til løse deler, for eksempel traversen bikker fremover - Kontroll av forspenning Tabell 3.11 Tremast – Manglende beskyttelse av stolpetopp. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning - Glemt under montasje - Slitasje i festehull pga. vind og værpåkjenninger - Manglende fasthet pga. vanninntrengning og råte i mastetoppen - Vanninntrenging med fare for råte - Styrke i stolpetoppen blir redusert med fare for at traversen løsner - Visuell inspeksjon - Manglende eller løs topphette - For liten topphette Mai 2011 Side 35 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Figur 3.11 Topphette mangler (karakter 5) i mastetoppen slik at fuktighet kan trenge inn fra enden. Mai 2011 Side 36 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.3 Kraftledning Tremast Tilstandskontrollmetoder En tilstandskontroll skal gi svar på ett eller flere av følgende spørsmål: 1. 2. 3. 4. Er det en skade? Hvilken skadetype er det? Hvor er skaden? Hvor stort er skadeomfanget? De fleste tilstandskontrollmetodene som er beskrevet i dette kapitelet svarer samtidig på flere spørsmål, f.eks. når en skade oppdages vet vi samtidig hvor den er og hvilken skadetype det er. Det kreves imidlertid ofte mer nøyaktige eller mer omfattende tilleggskontroller for å fastslå skadeomfanget. En tilstandskontroll av tremaster kan vanligvis deles inn i to faser: 1. Lokalisering I lokaliseringsfasen ønsker vi å finne ut om og hvor det er skader (f.eks. en råtelomme). 2. Kvantifisering I kvantifiseringsfasen ønsker vi å fastlå skadeomfanget (f.eks. hvor stor er råtelommen). For deteksjon av råteskader og hulrom samt bedømming av stolpens reststyrke brukes ulike kontrollmetoder som er beskrevet i de etterfølgende kapitlene. Ulike kontrollmetoder er beskrevet i rapporten Uttesting av kontrollmetoder for trestolper [7]. Denne rapporten diskuterer også fordeler og ulemper inkludert tidsbruk for forskjellige kontrollmetoder. De fleste kontroller bør gjennomføres i frostfri del av året. 3.3.1 Visuell inspeksjon Visuell kontroll er en ikke-destruktiv metode som kan utføres ifra bakken med eller uten kikkert, ved at kontrolløren klatrer opp i stolpen eller fra helikopter. Oversiden av en tretravers kan kontrolleres med speil montert på stang. Visuell inspeksjon av en tremast skal primært avdekke ytre skader som (store) sprekker, ytre råteangrep, hakkespetthull, mekaniske skader eller brannskader, eller skader på bolter, stag og klaver. Fordelen med metoden er at den er rimelig også om kontrolløren må klatre opp i stolpen. Ulempen er at metoden vil kun avdekke ytre skader. Detaljert visuell kontroll er tidkrevende og selv for en erfaren kontrollør kan det være vanskelig å vurdere resultatet. Metoden vil ikke kunne detektere starten av ytre nedbrytning som ennå ikke har nådd råteprosessen, og vil ikke gi informasjon om indre nedbrytning av trevirke. Om metoden kan benyttes under drift er avhengig av om kontrolløren skal stå på bakken og utføre kontrollen, eller om han skal klatre i stolpen. Hvis oversiden av en tretravers skal kontrolleres uten speil på isolerstang, må linjen være spenningsløs. Tilstandsparametrene som registreres er visuelle subjektive inntrykk. Kvaliteten på registreringen er avhengig av kontrollørens erfaring og nøyaktighet. Potensielle angrepspunkter for råte for forskjellige konstruksjonsløsninger er markert med sirkler i Figur 3.2. Mai 2011 Side 37 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.3.2 Kraftledning Tremast Hammermetode Denne tilstandskontrollmetoden er ikke-destruktiv og skal avdekke råte og hulrom ved å slå på en stolpe med en øksehammer og høre på klangen i stolpen samt registrere tilbakespretten av hammeren. Øksehammeren skal slås mot stolpen rundt stolpens omkrets. Metoden gir en indikasjon på råte og må etterfølges av en metode som kan kvantifisere råteangrepet eller styrken i stolpen. Fordelen med metoden er at den er billig og rask, og at den ikke skader stolpen. Metoden kan gi indikasjon på ytre eller indre råte. Metoden blir betegnet som meget pålitelig til å avdekke stolper uten råteangrep. Ulempen med denne metoden er at den kan være lite effektiv til å detektere tidlige faser av råteangrep. Det kan ta tid å lære opp personell til gjenkjenning av lyd og tilbakesprett. Siden metoden bare gir en indikasjon på råteangrep må den følges opp av en tilleggsprøve (boring, etc). Kontrollen kan utføres med linjen i drift så lenge kravet til sikkerhetsavstander overholdes. Undersøkelsen bør utføres spesielt grundig ved jordbandet, men fordi metoden er relativt rask kan den benyttes på både nederste del av stolpen og videre oppover mot toppen. Tilstandsparameteren som registreres er ingen målbar parameter, men et subjektivt hørselsinntrykk av klangen i stolpen og et subjektivt inntrykk av lengden av tilbakespretten på hammeren. For en frisk stolpe er klangen massiv og hammeren kan sprette litt tilbake. For en stolpe med innvendig hulrom blir det en hul klang og hammeren spretter tilbake. Ved innvendig råte blir det en hul klang og hammeren spretter lenger tilbake enn for en frisk stolpe. Ved ytre råte er lyden bløt. Kvaliteten på registreringene er avhengig av kontrollørens erfaring og nøyaktighet. Metoden kan være vanskelig å gjennomføre i regnvær når stolpen er våt. 3.3.3 Råtehund Metoden er ikke-destruktiv og går ut på å benytte en hund til å lukte etter råte. Med denne metoden kan det detekteres råteangrep ved jordbandet. Hvis hunden ikke reagerer antar en at stolpen er OK. Hvis hunden reagerer er det behov for å gjennomføre tilleggsmålinger for å kvantifisere råteomfang. Metoden er enkel og forholdsvis hurtig med akseptabel pålitelighet. Hunden lokaliserer råte, men det må benyttes en tilleggsmetode for å bestemme omfanget av råteangrep på stolpen, eller råteangrep andre steder enn ved jordbandet. Kontrollen kan utføres med stolpen under spenning. 3.3.4 Pole Ultrasonic Rot Locator (PURL) Instrumentet består både av en ultralydsender som skrues inn i stolpen, og en håndholdt mottaker. Instrumentet gir indikasjon på råte og kvantitativt omfang og plassering av indre råte. Resultatet kan også framstilles som et bilde av stolpetverrsnittet med angivelse av råteområder. Mai 2011 Side 38 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Instrumentet kan i prinsippet brukes i to faser: 1. Lokalisering av råte Lampen på mottageren viser om det er detektert råte. Hvis det ikke er råte blinker lyset, og hvis det er råte slukner lyset. 2. Kvantifisering av råteomfang Det må gjennomføres flere målinger på ulike posisjoner i omkretsen rundt stolpen. Måleresultatene mates inn i et dataprogram som genererer et bilde av tverrsnittet. Dette bildet viser størrelse og beliggenhet av råtelommer og hulrom. I tillegg beregner dataprogrammet stolpens prosentvise motstandsmoment i forhold til teoretisk motstandsmoment for ny stolpe (w1). Denne verdien kan brukes for å klassifisere tilstanden; se avsnitt 3.4. Det er vanlig praksis å bruke hammer eller råtehund istedenfor PURL for å lokalisere råte. PURL blir først brukt når hammer eller hund gir indikasjon på råte når en ønsker en nøyaktig kartlegging av råteskaden. Fordelen med instrumentet er at det gis en nøyaktig oversikt over råtefordelingen i et stolpetverrsnittet. Enkeltmåling for indikasjon på råte eller ikke, kan gjennomføres hurtig. Ulempen er at en nøyaktig kartlegging av råteomfanget tar tid fordi det kreves mange målinger. Kontrollen kan utføres med stolpen under spenning. 3.3.5 Poletest Metoden er ikke destruktiv og går ut på å estimere stolpens bøyefasthet (N/mm2) ut i fra registreringer av mekaniske svingninger og tekniske opplysninger om stolpen. Instrumentet består av en pendelhammer som slår på stolpen med en bestemt kraft slik at stolpen settes i svingninger. Svingningene måles av to sensorer, og ved hjelp av mål og tekniske opplysninger om stolpen, som treslag, diameter, støttestag, lineoppheng estimerer en mikroprosessor stolpens styrke. Metoden forutsetter at det er etablert en korrelasjon (kalibrering) mellom de registrerte svingningene og bøyestyrkene til stolpene, dvs. at det er etablert en database (denne følger med instrumentet). Resultatet fra en prøve gir bøyefastheten til stolpen. Instrumentet indikerer ytre og indre råteangrep uten å skille mellom de to. Fordelen er at det er et lite instrument. Metoden er relativt rask da en tilrigging og måling tar ca. 4 minutter. Råteangrep kan avdekkes på et tidlig stadium. Kontroll kan også utføres på nye stolper (også stolper som ligger) for å finne svake eller spesielt sterke stolper. Kontrollen kan utføres med linjen under spenning. Ulempen er at metoden bare gir en angivelse av råte/styrken i det området det blir foretatt målinger. Dersom det er store hulrom vil ikke signalene gå gjennom stolpen, og en annen metode må benyttes for kvantitativt vurdering av råteomfanget. En del erfaringsrapporter viste at instrumentet er unøyaktig, dvs. at for stolper som instrumentet har beregnet en bestemt bøyekraft for, så viser destruktive bøyeprøver at den virkelige bøyekraften varierer mellom 50 % og 150 % av den beregnede. Dette kan resultere i feilklassifisering av stolper, det vil si at stolper som burde kasseres blir beholdt, og at stolper som burde beholdes blir kassert [6][7]. Mai 2011 Side 39 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.3.6 Kraftledning Tremast POLUX POLUX er et instrument for å estimere trevirkets fiberstyrke. Instrumentet må festes på stolpen vha. stropper. To elektroder drives inn i trevirket og inntrengningskreftene måles. Dette gir informasjon om trevirkets trykkfasthet. Etterpå måles trevirkets fuktighet imellom de to elektrodene. Basert på denne informasjonen beregner instrumentet fiberstyrken til trestolpen i målepunktet. Basert på måleresultatet kan instrumentet gi en anbefaling om forventet restlevetid. Et lyssignal indikerer om stolpen skal skiftes eller ikke: Rødt lys: Rødt lys blinker: Grønt lys blinker: Grønt lys: Stolpen må skiftes Forventet restlevetid er 2-3 års Forventet restlevetid er ca. 5 år Forventet restlevetid er ca. 8 år Fordeler med instrumentet er at det gir informasjon om bøyefastheten. Ulempen er at det er et forholdsvis tungt instrument og at målingene bare gir middelverdi av (vanligvis) to målinger mens det er de svakeste fibrene som er mest relevant. En annen ulempe er at det ikke er mulig å detektere kjerneråte og råtelommer med instrumentet. Undersøkelsen bør derfor kombineres med for eksempel PURL eller et bor. 3.3.7 Pilodyn (Pilodyn-slaghammer og repeterende Pilodyn-slaghammer) Pilodyn er et instrument for å detektere omfang av softråte på trestolper. Instrumentet skyter en pinne inn i trevirket vha. en fjær med kjent energi. Inntrengningsdybden til pinnen (i mm) er målt vha. en skala på instrumentet. Jo større nedbrytingen pga. softråte er, jo større er inntrengingen i trevirket. Etter målingen dras pinne ut, og instrumentet kan brukes for en ny måling. Pilodyn-slaghammeren består i prinsippet av en fjær som spennes og som utløses. Med en kjent kraft drives en nål inn i trevirket. For den repeterende Pilodyn-slaghammeren drives nålen inn i trevirket med mange slag. Prøver foretas med 120° mellomrom i samme høyde. Utarbeidete tabeller gir diameterreduksjon ved ytre råte. For prøver ved jordbandet bør jordmasse graves opp rundt stolpen for å komme til med hammeren. Tilstandsparameteren som måles er inntrengningsdybden til nålen. Ved utvendig myk råte drives nålen lengre inn i trevirket enn for frisk ved. Dybden på råteområdet kan avleses på en skala på nålen og ny diameter for stolpen kan beregnes. Med en Pilodyn-slaghammer kan ytre råteangrep med myk råte avdekkes. Fordelen med metoden er at slaghammeren er billig og at det er en middels rask metode når det foretas et fåtall prøver. Til en viss grad er metoden objektiv siden det er en fjær som driver nålen inn i trevirket. Kontrollen kan utføres med linjen i drift hvis prøver ikke skal foretas langt oppe på stolpen eller på en tretravers. Ulempen er at for at en måling skal være pålitelig må slaghammeren justeres for fuktighetsinnholdet og tettheten til trevirke. Metoden avdekker bare langt utviklet råte på det stedet hvor det foretas prøver. Hvis man skal være nøyaktig, bør det foretas mange prøver, da blir metoden tidkrevende. Metoden krever en rutinert kontrollør. Mai 2011 Side 40 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.3.8 Kraftledning Tremast Manuelt bor (f.eks. tilvekstbor) Metoden går ut på å skrue et bor inn i stolpen. Etterpå drar men ut boret med en prøve av trevirket. Det bør foretas flere prøver på samme stolpenivå for å avdekke råteområdet. Et hull etter en prøve bør tettes med en impregnert treplugg eller plastplugg. For stolper med ytre råte vil metoden avdekke omfanget til den friske kjernen og for stolper med indre råte tykkelsen på det friske skallet. For å bestemme skalltykkelsen kan en føre en kreosotsonde inn i hullet (Figur 3.12). Kreosotsondens flate side presses mot hullets kant og føres ut til sondens mothake treffer fast trevirke. Tommelfingerneglen settes på sondemåleren ved stolpens ytterkant, sonden trekkes ut og skalltykkelsen avleses. Om man presser sonden til fast trevirke når denne er i hullet, kan man beregne dybden av den innvendige råteskaden. Metoden brukes i kombinasjon med hammer. Tilstandsparameteren som registreres er tykkelsen på det friske skallet som ikke er angrepet av råte (ved indre råte) eller diameteren til den friske kjernen (ved ytre råte). Avsnitt 3.4 beskriver hvordan vha. denne informasjonen tilstanden kan bedømmes og klassifiseres. Fordelen med metoden er at det er en billig og rask metode når det foretas et fåtall prøver. Kontrollen kan utføres med linjen i drift hvis prøver ikke skal foretas langt oppe på stolpen eller på tretraversen. Metoden har sine klare begrensninger, fordi den bare avdekker råte på de steder hvor det foretas boreprøver. Hvis man skal være nøyaktig bør det foretas mange prøver og da blir metoden tidkrevende. Tilvekstbor: Boret med boreprøve: Detektering av råtelommens størrelse med en kreosotsonde: Figur 3.12 Tilvekstbor med prøve av trevirke, og kontroll av skalltykkelsen i stolpen. Mai 2011 Side 41 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.3.9 Kraftledning Tremast Momentbor (f.eks. Resistograph) Metoden går ut på å bore en bor med diameter 3 mm inn i stolpen. Det som blir målt er den mekaniske motstanden i trevirket som boret møter. Det skrivende resultatet er en kurve som viser tettheten til trevirket med sommer- og vinterårringer og råteområde som vist i Figur 3.13. Instrumentet detekterer sprekker, råteområder, årringer, hulrom og områder med hard og løs ved. Fordelen med instrumentet er at det er relativt lite. Det er batteridrevet (kan være en ulempe) og kan taes med ut i felten. Man får med en gang resultatet ut på papir (skriver) i skala 1:1 eller på PC- skjerm. Det ser ut til å være en relativt hurtig metode. Kontrollen kan utføres med linjen i drift hvis prøver ikke skal foretas langt oppe på stolpen eller på en tretravers. Ulempen med metoden gir kun en indikasjon på hardheten i trevirke. For å få oversikt over råteomfanget bør det bores flere hull på samme stolpenivå. Selv om spon blir igjen i borehullet og delvis vil stenge for hullet når boren trekkes ut bør borehullene plugges. råtelomme Figur 3.13 Utskrift fra en boreprøve og en snitt av treet med et råteområde på stedet det ble boret. Mai 2011 Side 42 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast 3.4 Tilstandsvurdering og karaktersetting 3.4.1 Trestolper (råteskader, hakkespetthull, mekaniske skader, e.l.) Det grunnleggende prinsippet om at en stolpe oppfyller sin funksjon eller ikke er gitt ved σγt < fmt OK, stolpen oppfyller sin funksjon ved kontrolltidspunktet. Stolpens tilstand er enten karakter 1, 2 eller 3 σγt > fmt Ikke OK, stolpen oppfyller ikke sin funksjon ved kontrolltidspunktet. Stolpens tilstand er enten karakter 4 eller 5 1 Dette betyr at en trenger kunnskap om to størrelser får få et korrekt bilde av stolpens tilstand: σγt : opptredende bøyespenningen ved dimensjonerende last QT fmt : stolpens resterende bøyefasthet (fiberstyrke) Fiberstyrken kan estimeres vha. målinger. Et estimat for den opptredende bøyespenningen kan beregnes ved σγt = N / At+ Mb / Wt N = Resulterende aksialkraft At = Resterende tverrsnittsareal i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet. Mb = Samlet bøyemoment i kontrollpunktet Wt = resterende motstandsmoment i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet. Verdiene σγt og fmt er ikke konstante men endrer seg over tid. Trefibrenes styrke vil avta over tid, og skader som råtelommer, hakkespetthull eller andre skader som svekker tverrsnittet til stolpen fører til at σγt øker. Dette kan illustreres som vist i Figur 3.14. Utfordringen i en tilstandskontroll er å estimere eller beregne størrelsene σγt og fmt ved kontrolltidspunktet. Jo mer nøyaktig en kan bestemme størrelsene σγt og fmt, jo mer nøyaktig vil vurderingen være. Det kan brukes forenklete metoder som er billigere og krever mindre tids- og ressursbruk for å bestemme σγt og fmt, men dette kan resultere i unøyaktigheter og vil dermed øke usikkerheten i vurderingen. I denne håndboka blir fire metoder anbefalt og beskrevet for å gjennomføre en tilstandsvurdering. Tabell 3.12 viser ulike egenskaper til de ulike metodene, hvilke forenklingene disse er basert på, samt fordeler og ulemper. Dette kapittelet gir kun en kort introduksjon i metodene, gir en oversikt over parametere som må estimeres og viser hvordan tilstandskarakterer kan settes. For en mer detaljert beskrivelse av metodene samt forklaring av den teoretiske bakgrunnen henvises til 0. Karakter 5 betyr at stolpen har havarert. I dette tilfellet vet vi at σγt har allerede vært større enn fmt. Feilen er åpenbar og synlig. Avanserte og nøyaktige metoder for tilstandsvurdering og karaktersetting er ikke nødvendig i dette tilfellet. 1) Mai 2011 Side 43 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast fasthet, spenning [N/mm2] karakter 1, 2 eller 3 OK karakter 4 eller 5 ikke OK resterende bøyeholdfasthet (fiberstyrke): fmt fmt = ? opptredende bøyespenning: σγt σγt = ? tid kontrolltidspunkt t foreslått utskiftingstidspunkt 1) Figur 3.14 Endring av resterende bøyefasthet (fiberstyrke) og opptredende bøyespenning over tid. Tabell 3.12 Ulike tilstandskontrollmetoder: Egenskaper og forenklinger, fordeler og ulemper. σγt fmt Nøyaktighet 1 spenningsestimat måles høy Tidsbruk og vanskelighet høy 2a spenningsestimat middels middels 2b forenkelt estimat av spenning under forutsetning at stolpen er riktig dimensjonert Forenkelt estimat av spenning/motstandsmom ent under forutsetning at stolpen er riktig dimensjonert måles ikke (ukjent) måles middels middels måles ikke (ukjent) unøyaktig lav Metode 3 ______________________ 1) Med foreslått utskiftingstidspunkt menes her tidspunktet hvor σγt = fmt. Dette betyr at stolpens tilstand er i overgang fra karakter 3 til karakter 4, og stolpen kan ikke lengre motstå den dimensjonerende klimalasten. Derfor bør denne stolpen skiftes. På den ene siden finnes tilfeller hvor en kan vurdere å utsette utskiftingen, f.eks. i situasjoner hvor linjen er mindre kritisk eller hvor en utskifting uansett er planlagt innen ikke altfor lang tid. På den andre siden kan en tidligere utskifting være lønnsom i forbindelse med annet arbeid som pågår på linjen. Mai 2011 Side 44 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Metode 1: Opptredende spenninger kontrolleres mot målt bøyefasthet (fiberstyrke) Tabell 3.13 viser hvordan σγt og fmdt estimeres ved metode 1: Tabell 3.13 Parametere metode 1. Estimat for σγt Estimat for fmt fmkt / γm N/At + Mb/Wt σγt fmt t N At Mb Wt fmkt γm = = = = = = t Parametere samt metoder for å skaffe disse parametere linjeberegningsprogram N PURL, manuelt bor, momentbor, målebånd At Mb linjeberegningsprogram Wt PURL, manuelt bor, momentbor, målebånd; beregning se avsnitt B.3 i Vedlegg B. fmkt POLUX, Poletest, se avsnitt B.3 i Vedlegg B. γm NEK 609: 1,35 for naturtrestolper og 1,15 for godkjent limtre eller mekaniske treforbindelser resulterende aksialkraft resterende tverrsnittsareal i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet t samlet bøyemoment i jordbandet resterende motstandsmoment i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet t trefibrenes karakteristiske fasthet (se avsnitt B.3 i Vedlegg B) koeffisient som tar hensyn til materialkvaliteter, kvaliteten av regnearbeid og kvaliteten frem til ferdig oppsatt stolpe For en karaktersetting settes estimatet for stolpens bøyefasthet (fiberstyrke) fmt i relasjon til estimatet for de opptredende spenningen σγt: fmt / σγt = s1 s1 er en sikkerhetsfaktor, og kravet er at s1 > 1, dvs. stolpen er OK ved kontrolltidspunktet og tilstanden bedømmes karakter 1, 2 eller 3. Hvis s1 ≤ 1 vil antakelig stolpen ikke kunne motstå den dimensjonerende klimalasten og tilstanden bedømmes karakter 4. Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell 3.14. Tabell 3.14 Tremast – Karaktersetting, metode 1. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting s1 > 2,2 1,33 < s1 ≤ 2,2 1 < s1 ≤ 1,33 s1 ≤ 1 mastehavari fmt > σγt fmt ≤ σγt mastehavari Mai 2011 Side 45 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Metode 2a: Opptredende spenninger kontrolleres mot en på forhånd fastlagt absolutt verdi Metode 2a ligner metode 1, men når en ikke har mulighet til å måle bøyefastheten (fiberstyrken) må det velges absoluttverdier for grenser for opptredende bøyespenning. Tabell 3.15 viser hvordan σγt estimeres ved bruk av metode 2a: Tabell 3.15 Parametere metode 2a. σγt Estimat for fmbt N/At + Mb/Wt Ikke tilgjengelig (måles ikke og er ukjent) Estimat for σγt fmt = ? Parametere samt metoder for å skaffe disse parametere linjeberegningsprogram N PURL, manuelt bor, momentbor, målebånd At Mb linjeberegningsprogram PURL, manuelt bor, momentbor, målebånd; Wt beregning se Vedlegg 2. t N At Mb Wt = = = = resulterende aksialkraft resterende tverrsnittsareal i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet t samlet bøyemoment i jordbandet resterende motstandsmoment i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet t Tabell 3.16 gir grenser og anbefalinger for karaktersetting. Merk at det må tas hensyn til om linjen ble dimensjonert etter den nye norske normen for mekanisk dimensjonering (NEK 609) eller den gamle normen (NEN 11.2.65, før 1997). Det er også mulig å beregne en sikkerhetsfaktor (s2a) som kan brukes for karaktersettingen: s2a = σtill / σγt hvor σtill = 21 N/mm2 σtill = 40,3 N/mm2 (gammel norm, NEN 11.2.65) (Ny norm, NEK 609, IEC 60826, NEK EN 50341) Kravet er at s2a > 1. Dette betyr at stolpen er OK ved kontrolltidspunktet og tilstanden bedømmes karakter 1, 2 eller 3. Hvis s2a ≤ 1 bedømmes stolpens tilstrand som karakter 4. Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell 3.17. Tabell 3.16 Tremast – Karaktersetting, metode 2a. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting (gammel norm, NEN 11.2.65) σγt < 15,7 N/mm2 15,7 N/mm2 ≤ σγt < 17,6 N/mm2 17,6 N/mm2 ≤ σγt < 21 N/mm2 σγt ≥ 21 N/mm2 = σtill mastehavari Kriterier for karaktersetting (ny norm, NEK 609) σγt < 30 N/mm2 30 N/mm2 ≤ σγt < 33,6 N/mm2 33,6 N/mm2 ≤ σγt < 40,3 N/mm2 σγt ≥ 40,3 N/mm2 = σtill mastehavari Mai 2011 Side 46 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Tabell 3.17 Tremast – Karaktersetting, metode 2a, alternativ. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting (gammel norm, NEN 11.2.65) s2a = σu / σγt s2a > 1,33 1,33 ≤ s2a < 1,12 1,12 ≤ s2a < 1 s2a ≤ 1 mastehavari Kriterier for karaktersetting (ny norm, NEK 609) s2a = σu / σγt s2a > 1,35 1,35 ≤ s2a < 1,12 1,12 ≤ s2a < 1 s2a ≤ 1 mastehavari Mai 2011 Side 47 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Metode 2b: Forenkelt estimat av opptredende bøyespenninger kontrolleres mot stolpens virkelig bøyefasthet (fiberstyrke) I mangel av et program som kan foreta en nøyaktig beregning av de opptredende spenningene, og hvis en ikke har kunnskap på klimalaster, teknisk utforming osv., så kan det foretas en forenklet beregning av de opptredende bøyespenningene σγbt. Det forutsettes at stolpen er riktig dimensjonert og at vi har kunnskap om stolpens resterende motstandsmoment ved kontrolltidspunkt (Wt). Tabell 3.18 viser hvordan σγbt og fmt estimeres: Tabell 3.18 Parametere metode 2b. Forenkelt estimat for σγt : σγbt Estimat for fmt σγt ≈σγbt wt Wt NEN 11.2.65: σγbt = 15,7 N/mm2 / wt fmkt / γm W0 fmkt NEK 609: σγbt = 30 N/mm2 / wt Parametere samt metoder for å skaffe disse parametere fmt σγt γm t PURL eller wt = Wt / W0 manuelt bor, momentbor, målebånd; beregning se avsnitt B.2 i Vedlegg B beregning se avsnitt B.2 i Vedlegg B POLUX, Poletest; se avsnitt B.3 i Vedlegg B NEK 609: 1,35 for naturtrestolper og 1,15 for godkjent limtre eller mekaniske treforbindelser t wt = restverdien av stolpens motstandsmoment i forhold til stolpens dimensjonerte motstandsmoment W0 Wt = resterende motstandsmoment i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet t W0 = dimensjonerte motstandsmoment fmkt = trefibrenes karakteristiske fasthet (se avsnitt B.3 i Vedlegg B) γm = koeffisient som tar hensyn til materialkvaliteter, kvaliteten av regnearbeid og kvaliteten frem til ferdig oppsatt stolpe For karaktersetting må vi lignende som i metode 1 sette de opptredende bøyespenningen σγbt i relasjon til stolpens virkelig bøyefasthet (fiberstyrke) fmt, dvs. s2b = σγbt / fmt s2b er en sikkerhetsfaktor, og kravet er at s2b > 1 (karakter 1, 2 eller 3). Hvis s2b ≤ 1 bør vi dømme ut stolpen (karakter 4). Verdier for karaktersetting er gitt i Tabell 3.19. Tabell 3.19 Tremast – Metode 2b. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting s2b > 2,2 1,33 < s2b ≤ 2,2 1 < s2b ≤ 1,33 s2b ≤ 1 mastehavari Mai 2011 Side 48 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tremast Metode 3: Skalltykkelse, restdiameter eller tverrsnittets motstandsmoment kontrolleres mot fastlagte absoluttverdier Denne metoden er svært forenkelt og gjelder kun for råte eller andre skader i stolpens nedre halvdel (i jordbånd og et par meter oppover). Det forutsettes at stolpen er riktig dimensjonert. Metoden kan enkelt brukes ved å kontrollere om skalltykkelsen eller restdiameteren ligger innenfor tabellariske kriterier. Metoden er beskrevet i REN blad 2022 [11] og i tabellen nedenfor. Tabell 3.20 Parametere metode 3. Forenkelt estimat for σγt : σγbt Estimat for fmdt Parametere samt metoder for å skaffe disse parametere w1 σγt ≈σγbt σγbt beregnes i prinsippet som for metode 2b, men for karaktersetting kreves kun beregning av wt eller s3, alternativt ts eller d PURL eller wt = Wt / W0; karaktersetting se Tabell 3.21 eller: Ikke tilgjengelig (måles ikke og er ukjent) fmt = ? s3 s3 = Wt / Wmin = Wt / (0,75·W0) = wt / 0,75 Wt karaktersetting se Tabell 3.21 manuelt bor, momentbor, målebånd; beregning se avsnitt B.2 i Vedlegg B se avsnitt B.2 i Vedlegg B W0 Alternativ 1 (ved innvendig råte), REN blad 2022: ts PURL, manuelt bor, momentbor, målebånd; karaktersetting se Tabell 3.22 Alternativ 2 (ved utvendig råte), REN blad 2022: Målebånd; karaktersetting se Tabell 3.23 restverdien av stolpens motstandsmoment i forhold til stolpens dimensjonerte motstandsmoment W0 restverdien av stolpens motstandsmoment i forhold til stolpens minste tillatte motstandsmoment Wmin (Wmin = 0.75·W0) resterende motstandsmoment i kontrollpunktet og på kontrolltidspunktet t dimensjonerte motstandsmoment minste friske skalltykkelse minste friske jordbåndsdiameter d wt = s3 = Wt W0 ts d = = = = En ny stolpe har (forutsatt at den er riktig dimensjonert) wt = 100 % eller s3 = 1,33. Hvis wt ≤ 75 % eller s3 ≤ 1 skal stolpen skiftes ut, fordi tilstanden er kritisk (karakter 4). I Tabell 3.21 er det gitt kriterier for karaktersetting. Hvis stolpen kun er utsatt enten ytre eller indre råteangrep kan tilstandskontrollen forenkles ved å måle kun minste friske skalltykkelse (alternativ 1, ved indre råte) eller minste friske jordbåndsdiameter (alternativ, 2 ved ytre råte); se også REN blad 2022 [11]. Karaktersetting skjer iht. Tabell 3.22 eller Tabell 3.23. Tabell 3.21 Tremast – Metode 3. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting wt = Wt / W0 wt = 100 % 90 % < wt < 100 % 75 % < wt ≤ 90 % wt ≤ 75 % mastehavari Kriterier for karaktersetting s3 = Wt / (0,75·W0) = wt / 0,75 s3 = 1,33 1,12 % < s3 < 1,33 1 < s3 ≤ 1,12 s3 ≤ 1 mastehavari Mai 2011 Side 49 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Tabell 3.22 Kraftledning Tremast Tremast – Metode 3, alternativ 1. Kriterier for karaktersetting ved en forenkelt undersøkelse av tverrsnittet. Tabellen viser minste friske skalltykkelse (i mm) der stolpen har innvendige skader som f.eks. innvendig råte. Karakter 160 170 180 1 80 85 90 2 35 37 39 3 23 25 26 4 <23 <25 <26 5 Karakter 300 310 320 1 150 155 160 2 66 68 70 3 44 45 47 4 <44 <45 <47 5 Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 1) 190 200 210 220 230 240 250 260 95 100 105 110 115 120 125 130 42 44 46 48 50 53 55 57 28 29 31 32 34 35 37 38 <28 <29 <31 <32 <34 <35 <37 <38 mastehavari Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 1) 330 340 350 360 370 380 390 400 165 170 175 180 185 190 195 200 72 74 77 79 81 83 85 88 48 50 51 53 54 56 57 59 <48 <50 <51 <53 <54 <56 <57 <59 mastehavari 270 280 290 135 140 145 59 61 63 40 41 42 <40 <41 <42 410 420 430 205 210 215 90 92 94 60 62 63 <60 <62 <63 1) Verdiene som er gitt som tilstandskriterium (skalltykkelse) i tabellen er basert på en nøyaktig beregning og er gitt i mm. I praksis vil det ikke være mulig å måle skalltykkelsen så nøyaktig. Det ble likevel valgt å angi tilstandskriteriene på denne måten. En kontrollør må ta en avgjørelse om sine måleresultater fører til at stolpen klassifiseres i den ene eller den andre karakteren. Tabell 3.23 Karakter 1 2 3 4 5 Karakter 1 2 3 4 5 Tremast – Metode 3, alternativ 2. Kriterier for karaktersetting ved en forenkelt undersøkelse av tverrsnittet. Tabellen viser minste friske jordbåndsdiameter (i mm) ved utvendige skader som f.eks. utvendig råte eller avskallinger. 160 160 154 145 170 170 164 154 180 180 174 164 Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 2) 190 200 210 220 230 240 250 260 190 200 210 220 230 240 250 260 183 193 203 212 222 232 241 251 173 182 191 200 209 218 227 236 270 270 261 245 280 280 270 254 290 290 280 263 <145 <154 <164 <173 <182 <191 <200 <209 <218 <227 <236 <245 <254 <263 300 300 290 273 310 310 299 282 320 320 309 291 mastehavari Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 2) 330 340 350 360 370 380 390 400 330 340 350 360 370 380 390 400 319 328 338 348 357 367 377 386 300 309 318 327 336 345 354 363 410 410 396 373 420 420 406 382 430 430 415 391 <273 <282 <291 <300 <309 <318 <327 <336 <345 <354 <363 <373 <382 <391 mastehavari 2) Verdiene som er gitt som tilstandskriterium (jordbåndsdiameter) i tabellen er basert på en nøyaktig beregning og er gitt i mm. I praksis vil det ikke være mulig å måle jordbåndsdiameteren så nøyaktig. Det ble likevel valgt å angi tilstandskriteriene på denne måten. En kontrollør må ta en avgjørelse om sine måleresultater fører til at stolpen klassifiseres i den ene eller den andre karakteren. Mai 2011 Side 50 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.4.2 Kraftledning Tremast Skader på traversfeste (klaver, traversstag og bolter) To vanlige konstruksjonsløsninger for traversfesten er klaver og bolter. Trevirket til stolpen kan gi etter etter en viss tid, og dermed er det fare for at traversen bikker framover og at klaven/bolten blir bøyet. Spesiell i kombinasjon med korrosjon kan dette føre til utmatting. En sprekk kan danne seg i overgangen mellom travers og stolpen (Figur 3.15). Siden den løse traversen vil bevege seg under værpåkjenninger vil sprekken vokse. Dette vil til slutt føre til et brudd slik at traversfesten havarerer fullstendig. Hvis traversen sitter løs kan dette føre til skader på traversstag som f.eks. bukling eller vridde stag. Et annet problem med traversstag er at skruer på travers eller mast løsner. Skader på traversstag er sjelden og vanligvis i forbindelser med skader på klaver eller bolter for traversfeste. Tabell 3.24 Tremast – Traversfeste (samt klaver, bolter for traversfeste). Karakter Kriterier for karaktersetting Traversen sitter fast. 1 Korrosjonsbeskyttelsen (sink) er intakt. Traversen sitter fast. 2 Tegn på hvitrust i overgangen mellom stolpen og travers (Figur 3.15). Løs travers. Skruen begynner å løsne på traversstag. 3 Flekkvis rødrust eller utbredt rødrust i overgangen mellom stolpen og travers. Sprekk i klaven / bolt; klaven løsner og begynner å gli ned. 4 Bukling på traversstag eller vridde stag. Brudd på klaven eller bolt. Klaven har glidd ned / er fullstendig løst. 5 Løst stag, havarert stag, stagene har buklet seg / har gitt etter. Bolt Travers Travers Klave Stolpe Stolpe Figur 3.15 Løs travers samt svake punkter på klave og bolt (markert med sirkler). Mai 2011 Side 51 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 3.4.3 Kraftledning Tremast Løs eller manglende topphette Tabell 3.25 Tremast – Manglende eller løs topphette. Karakter 1 2 3 4 5 3.4.4 Kriterier for karaktersetting Topphetta sitter fast og er uskadet Spikerhull har begynt å utvide seg og topphetta er litt slarkete. Løs topphette, spikerhull vil raskt utvide seg Topphetta holder på å ramle av, er for lite eller fukt trenger gjennom spikerhull Manglende topphette Mast ute av stilling Når en mast er ute av stilling skyldes dette vanligvis en feil i forankringen (se REN-blad 2023 [12]), f.eks. mangel på bardun eller strever, eller feil i fundamentering. Utbøyningen og mastehelningen kan måles ved hjelp av en lodd. En skjev mast fører til en tilleggsbelastning på stolpen(e) i form av en ekstra bøyemoment. Dermed øker belastningen på og spenningen i stolpen. REN-blad 2021 [13] gir anbefalingen om å gjennomføre tiltak ”hvis mastetopp er mer enn fire mastetopper ute av stilling”. Til tross for denne anbefalingen er det vanskelig og egentlig lite hensiktsmessig å sette absolutte grenser for akseptabelt utbøyning fordi det resulterende bøyemomentet i stolpen er en kombinasjon av utbøyning i stolpetoppen, e, og aksialkraften, NFv (se Figur B.2, Vedlegg B). Er NFv stor (f.eks. pga. nedstrekk) kan en allerede liten helning resultere i kritiske tilleggsbelastninger, men når aksialkreftene er små (f.eks. pga. oppstrekk) kan en relativ stor utbøyning være uproblematisk. For å bedømme om mastehelningen/utbøyningen er kritisk og om stolpen må skiftes ut anbefales derfor å gjennomføre en tilstandsvurdering som beskrevet i kapittel 3.4.1, metode 1 eller metode 2a. Tabell 3.26 Tremast – Mast ute av stilling. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting se kapittel 3.4.1, metode 1 eller metode 2a. Denne skadetypen må ses i kombinasjon med andre skader, f.eks. råteskader eller hakkespetthull. Mai 2011 Side 52 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett 4 Kraftledning Tilstandskontrollprogram TILSTANDSKONTROLLPROGRAM I henhold til Forskrift om elektriske forsyningsanlegg (FEF 2006) [14] [15], §6-8 Linjebefaring: ”Luftlinjer skal befares i nødvendig utstrekning for å kontrollere at de er i forskriftsmessig stand”. I Forskrift om elektriske forsyningsanlegg (FEF 2006) [14] [15], §2-1 Prosjektering, utførelse, drift og vedlikehold heter det: ”Elektriske anlegg skal prosjekteres, utføres, driftes og vedlikeholdes slik at de sikkert ivaretar den funksjon de er tiltenkt uten å fremby fare for liv, helse og materielle verdier. Anlegg og utstyr skal være robust og egnet for alle påregnelige påkjenninger. Anlegg skal være fagmessig utført.” Anbefalinger om tidspunkt og metoder for tilstandskontroll − Ferdigbefaring etter bygging /montasje − REN anbefaler følgende minimums befaringssykler for tilstandskontroll av HS Luft [13]: o Toppbefaring (befaring i mastetopp) hvert 10. år. o Bakkebefaring (befaring fra bakken) hvert 5. år o Inspeksjon (DSB: linjebefaring) årlig med helikopter eller fra bakken. ”Den anbefalte minimumssyklusen er kun retningsgivende, og må selvfølgelig vurderes i forhold til anleggstype, klima, risiko eller andre strategiske elementer. [13]” − DSB skriver om tilstandskontroll av elektriske forsyningsanlegg: o Forskrift om elektriske forsyningsanlegg [14], §6-8 Linjebefaring: ”Luftlinjer skal befares i nødvendig utstrekning for å kontrollere at de er i forskriftsmessig stand.” o Veiledning til forskrift om elektriske forsyningsanlegg [15], §6-8 Linjebefaring – Utførelse av linjebefaring: ” Linjebefaring må gjennomføres når linjer har vært utsatt for unormale påkjenninger og minst en gang i året. Linjebefaring skal dokumenteres med linjebefaringsrapporter.” o I tillegg til årlig linjebefaring og andre inspeksjoner, er nettselskapene pålagt å utføre toppkontroll/toppbefaring [17]. DSB skriver om toppbefaring i publikasjon Elsikkerhet nr. 66 [16], side 16, og Elsikkerhet nr. 77 [17], side 4: ”Toppbefaring/-kontroll skal gjennomføres minst hvert 10. år, og eventuelt med kortere intervaller dersom øvrig befaringsrapporter eller ekstreme/spesielle påkjenninger gjør dette nødvendig (på grunn av en risikovurdering [16])” I Elsikkerhet nr. 77 [17], side 4, skriver DSB om toppkontroll: ”Toppkontroll skal være en del av en helhetlig kontroll av høyspenningslinjen. I REN blad 2021 er det angitt relevante punkter for en helhetlig kontroll.” ”Toppkontroll kan utføres som besiktigelse fra mast i spenningsløs tilstand, utført som AUS eller med høyoppløselige bilder med tilhørende analyser av bildene. Metode for besiktigelse ved hjelp av høyoppløselige bilder er angitt i REN blad 8070. Nettselskapene velger selv hvilke av disse metodene man vil benytte, eventuell sammensetning av flere av metodene, basert på en helhetlig vurdering.” Mai 2011 Side 53 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Tilstandskontrollprogram Tabell 4.1 Kraftledning – Tilstandskontrollprogram. Tidsintervall Metode Årlig Hyppigere når det kan forventes at linjen har vært utsatt for unormale påkjenninger (vinter, uvær), Hvert 10 år Dersom det foretas en risikovurdering ut i fra øvrig befaringsrapporter (teknisk tilstand), beliggenhet (kystnært, tørt innlandsklima, høyt til fjells etc.) eller ekstreme påkjenninger, må det eventuelt velges kortere intervaller. Anmerkning Kritiske mastepunkt Visuell inspeksjon for å avdekke (viktige og master ut av stilling, ytre skader som utilgjengelige (store) sprekker, ytre råteangrep, master). hakkespetthull, mekaniske skader brannskader, eller skader på bolter, stag og klaver. Mulige konsekvenser ved utfall/havari (personsikker het, ILE, type Råtekontroll anbefales gjennomført i kunder) hovedsak på to alternative måter: For lavspentlinjer og ellers mindre viktige linjer kan lokalisering av råte gjennomføres vha. banking, med hund eller annen egnet metode. I tilfeller der man mistenker råte under jordbåndet vil skråboring med resistograph være til nytte. Tilstandsvurderingen gjennomføres ved bruk av forenklet undersøkelse av tverrsnitt med angivelse av minste skalltykkelse (REN-blad 2022, 2028 og 2029, Metode 3). For mellom- og høyspenningslinjer og evt. spesielt viktige lavspentlinjer anbefales 1: Lokalisering av råte gjennomføres ifm linjebefaring vha. banking, med hund eller annen egnet metode. I tilfeller der man mistenker råte under jordbåndet vil skråboring med resistograph være til nytte. 2: Analyse av råte ved bruk av nøyaktig eller forenklet estimat av de opptredende bøyespenningene kontrollert mot målt fiberstyrke, Metode 2a og 2b Hvorvidt del 1 og 2 gjennomføres samtidig eller separat er det her ikke tatt stilling til. Dette vil avhenge av linjens plassering, tilgang på personell og utstyr osv i det enkelte selskap, og bør besvares av en kost-/nyttevurdering. Mai 2011 Side 54 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Litteraturreferanser 5 LITTERATURREFERANSER [1] S. Refsnæs, H. Jensvold og O. Rørvik, Tilstandskontroll av klemmer og skjøter i kraftledninger, Enfo 456-2000, Energiforsyningens fellesorganisasjon, 2000. S. Refsnæs, Inspection of conductors adjacent to suspensions and fittings, Energi Norge, publikasjonsnr. 294-2009, 2009. H. Gandrudbakken, Luftlinjeanlegg, Elforlaget, 1999. S. Refsnæs, Informasjon om vanlige tilstandskontrollmetoder for liner, AN 08.12.61, SINTEF Energiforskning, 2008. S. Refsnæs, Tilstandskontroll av liner, TR A3929, Energiforsyningens Forskningsinstitutt A/S, 1992 S. Refsnæs og O. Rørvik, Metoder som kan benyttes til registrering av råte i trestolper, Enfo 457-2000, Energiforsyningens fellesorganisasjon, 2000. S. Refsnæs, Uttesting av kontrollmetoder for trestolper, EBL-K 39-2001, Energibedriftenes Landsforening, 2001. J. K. Skjølberg, Condition Assessment of Electrical Grid Components - Survey of Diagnostic Techniques and Evaluation of Methods, EBL-K 260-2007, Energibedriftenes Landsforening, 2007. S. Refsnæs og O. Rørvik, Sannsynlighet for råteangrep i trestolper, EBL-K 2322007, Energibedriftenes Landsforening, 2007. S. Refsnæs, Hakkespettskader på trestolper, EBL-K 258-2007, Energibedriftenes Landsforening, 2007. REN, Vedlikehold - Stolper - Råtekontroll, REN blad 2022 - versjon 1 - 1/2006, 2006. REN, Vedlikehold - Distribusjonsnett luft - Skjeve stolper, REN blad 2023 - versjon 1 - 10/2003, 2003. REN, Vedlikehold - HS Distribusjonsnett luft - Skjema for tilstandskontroll og vedlikehold, REN blad 2021 - versjon 2 - 1/2006, 2006. DSB, Forskrift om elektriske forsyningsanlegg, Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB), 2006. DSB, Veiledning til forskrift om elektriske forsyningsanlegg, Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB). DSB, Elsikkerhet, utgave nr. 66, 3/04, Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB), desember 2004. DSB, Elsikkerhet, utgave nr. 77, 2/10, Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB), juni 2010. SINTEF Energi AS. Årsaker til nedbrytning av liner under oppheng – galvanisk korrosjon, Info-blad 19.16, SINTEF Energi AS, 2010. SINTEF Energi AS. Årsaker til nedbrytning av liner under oppheng – spaltekorrosjon, Info-blad 19.17, SINTEF Energi AS, 2010. SINTEF Energi AS. Årsaker til nedbrytning av liner under oppheng – interkrystallinsk korrosjon, Info-blad 19.18, SINTEF Energi AS, 2010. SINTEF Energi AS. Årsaker til nedbrytning av liner under oppheng – glidningskorrosjon, Info-blad 19.19, SINTEF Energi AS, 2010. [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] Mai 2011 Side 55 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A VEDLEGG A A SKADER PÅ STRØMFØRENDE SYSTEM Mai 2011 Side 57 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett A.1 Kraftledning Vedlegg A Skader på liner Tabell A.1 Sårskader på liner. HENDELSE / SKADETYPE Sårskader Punktvise sår/hakk Langsgående riper Tversgående riper Tversgående hakk Lysbuesår ÅRSAK Direkte årsak Beskytning, sprengning, andre flygende gjenstander Uttrekking langs bakken, slitasjespor eller kast i trinser. MULIGE KONSEKVENSER Uheldige rutiner Kortslutning Fasesammenslag, fugl kolliderer med fasen Tregt/manglende jordeller kortslutningsvern. Fugl på travers, redusert isolasjonsnivå (forurensning eller sprekker i isolator), trefall. Kobling AUS. REF. Nærmere beskrivelse Utmatting Korrosjon Trådbrudd Linebrudd Uheldige rutiner Serielysbue PÅVISNING Bakenforliggende årsak Spiker på trommel, greiner som gnisser, jordingsapparat Feil / uheldig bruk av oppstrekkingsverktøy Overspenninger Jordslutning KONTROLLMETODE Uheldige rutiner Visuell inspeksjon Synlige skader / avvik på linens overflate Figur 2.2-4 Lynnedslag, koblinger Normalt kobles nettet ut etter noen få millisekunder Merker ikke forbigående jordfeil i spolejordet nett. Utkobling ved varige jordfeil. Svikt i kontaktklemmer og skjøter Mai 2011 Side 59 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.2 Slitasjeskader på liner. HENDELSE / SKADETYPE ÅRSAK MULIGE KONTROLL- PÅVISNING KONSEKVENSER METODE Direkte årsak Bakenforliggende årsak Overflateslitasje Gnidningskorrosjon / slitasje (mot oppheng / avspenningsklemmer, greiner etc.) Innvendig slitasje Gnidningskorrosjon / fretting Dårlige montasjerutiner (eks. ”valsing” i blokk før montasje i hengeklemme). Feil tilpasset opphengsklemme. Løse dempere. Dårlig traserydding. Pendling av line i loop pga. uheldig design av opphengssystem. Vibrasjon, stram line, dårlig demping Slitasje mellom enkelttråder Gnidningskorrosjon / fretting Slitasjeskader REF. Nærmere beskrivelse Redusert ledningsevne Redusert bruddstyrke Trådbrudd Linebrudd Kan initiere utmatting Slakke eller løse tråder som gnisser mot nabotrådene pga. sårskader, trådbrudd, ising, glidning i avspenning. Mai 2011 Visuell inspeksjon Synlig slitasje på linens overflate Se figur 2.2-2 Mørkt pulver mellom trådene nær bære- og avspenningsklemmer og skjøtehylser. Løs tråd Mørkt belegg på eller mellom trådene Se figur 2.2-5 Side 60 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.3 Korrosjonsskader på liner. HENDELSE / SKADETYPE Korrosjonskader Lokal overflate korrosjon ÅRSAK MULIGE KONTROLLKONSEKVENSER METODE Direkte årsak Bakenforliggende årsak Vekselstrømskorrosjon, se Kontakt med greiner, skadet korrosjonsbeskyttelse / isolasjon i BLX /BLL Tabell A.9 Korrosjonsskader mellom enkelttråder Lokal overflatekorrosjon under tildekkinger Spaltekorrosjon, se Tabell A.9 Lokal overflatekorrosjon ved kobling til edlere metaller Galvanisk korrosjon, se Tabell A.9 PÅVISNING REF. Nærmere beskrivelse Redusert bruddstyrke Trådbrudd Linebrudd Redusert ledningsevne Kan initiere utmatting Hvitt korrosjonsbelegg på linens overflate Tabell 2.2-5 Se figur 2.3 Trådbrudd i spenn, overflateskader, dårlige kontakt i klemmer og skjøter, utmattingsbrudd i oppheng. Tildekking av fasen med tape, klemmer, skjøter, neoprenhylser osv.. Hvite korrosjonsprodukter og kraftige groper mellom trådene. Se figur 2.2-1 Uheldige komponenter (stålbendsling, overgangsklemmer, karbonholdige gummimuffer), mangelfull opplæring. Hvitt pulver og store groper på overflaten Mai 2011 Visuell inspeksjon, termografering Synlige hvite korrosjonsprodukter på overflaten Se figur 2.2-1 Side 61 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.4 Deformasjoner og forskyvninger av liner. HENDELSE / SKADETYPE Deformasjoner og forskyvninger ÅRSAK MULIGE KONSEKVENSER KONTROLL- PÅVISNING METODE Direkte årsak Bakenforliggende årsak Slakke tråder Plastisk tøyning (materialflytning) Burdannelse Plastisk tøyning (materialflytning) Redusert pilhøyde Økt linestrekk Økt pilhøyde Redusert linestrekk Ising, sårskader, glidning i avspenningsklemmen mellom innfettet stål og aluminiumtråder. Ubalanse under produksjonen (slagning) av linen kan også gi slakke tråder. Store islaster, feil dimensjonering. Manglende endebendsling ved loopskjøting. Glidning og sammenstukning bak avspenningen. Feilmontasje, innvendig korrosjon. Fundamentsetninger, svikt i forankring. Sig ved langvarig høy temperatur / islast. Dimensjoneringsfeil. Line eller kile glir i avspenningen. Fundamentsetninger, svikt i bardun / forankring. Varmeutherding ved langvarige kortslutningsstrømmer. REF. Nærmere beskrivelse Slitasje Utmatting Korrosjon Trådbrudd Linebrudd Visuell inspeksjon Observeres ofte, som løse tråder, ”fuglebur” eller mørke tråder, nær avspenninger og skjøter. Se figur 2.2-3 Økt sannsynlighet for vibrasjon og utmattingsbrudd. Overskridelse av forskiftskrav mht. sikkerhetsavstand. Visuell inspeksjon, landmålingsutstyr Observeres ved synlig stram eller slakk line, eller at master heller i linjeretningen. Måling av pilhøyde Synlige tegn på høy temperatur kan være mørk line. Kan ofte observere burdannelser. Redusert styrke Økt bruddforlengelse. Mai 2011 Side 62 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.5 Trådbrudd eller brudd i liner. HENDELSE / SKADETYPE Trådbrudd ÅRSAK MULIGE KONTROLLKONSEKVENSER METODE Direkte årsak Bakenforliggende årsak Seige brudd Kritisk tøyning Permanent (plastisk) deformasjon ved stor islast, snø, trefall, høy temperatur nær dårlige kontaktforbindelser Sprøbrudd Kritisk spenning Bøye- og strekkbrudd Kombinerte strekk- og bøyespenninger Dynamiske påkjenninger Stor pålastingshastighet pga. jord- eller snøskred, påflygning, trefall, mastehavari. Hydrogensprøhet av høyfast stål pga. diffusjon av hydrogen inn i stålet ved korrosjon på sinkbelegget. Sårskade i overflaten av høyfast stål Utmattingsbrudd Avsmelting PÅVISNING Høy temperatur REF. Nærmere beskrivelse Lysbuer AC- korrosjon eller slitasje mellom trådene. Løse tråder som slenger borti nabofasene. Redusert ledningsevne. Avsmelting av stålkjernen. Fasebrudd. Skogbrann Vibrasjon Ujevn strømfordeling, og varmeutvikling ved dårlige kontaktforbindelser eller andre trådbrudd i linen. Mai 2011 Visuell inspeksjon Termografering. Deteksjon av partielle utladninger. Observeres som ett eller flere synlige trådbrudd på lineoverflaten, løse tråder eller mørke tråder langs linen. Lokal temperaturøkning. Radiostøy Visuell inspeksjon Vibrasjonsmålinger Observeres spes. ved oppheng, skjøter, dempere flymarkører osv. Observeres ofte ved klemmer. Synlige tegn er mørk line, trådbrudd, damp i fuktig vær. Se figur 2.2-2 Side 63 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett A.2 Kraftledning Vedlegg A Skader på klemmer og skjøter På en kraftledning kan det observeres ulike skadetyper, som kan føre til at skjøter og klemmer mister sin funksjon. Svikt i disse funksjonene kan ha ulike årsaker, se Tabell A.6Tabell A.8. Feil på klemmer og skjøter er vanligvis et resultat av en ”nedbrytningssirkel” hvor økt temperatur fører til små mekaniske bevegelse, oksidering av kontaktpunktene og økt resistans. Normalt vil det være slik at stigende temperatur medfører stigende kontaktkraft. Høy kontaktkraft er i seg selv gunstig, men kraftøkningen kan også medføre plastisk deformasjon avhengig av kontaktens konstruksjon, og størrelse og varighet av kraftøkningen. Ved avtagende temperatur og derav avtagende kraft, vil deformasjonen bare delvis gå tilbake til opprinnelig form. Redusert kontaktkraft, dårlige eller endrede kontaktegenskaper kan føre til uakseptabel økning i temperatur og ustabil tilstand. Mai 2011 Side 64 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.6 Redusert kontaktkraft i kontaktforbindelser. HENDELSE / SKADETYPE Redusert kontaktkraft ÅRSAK MULIGE KONSEKVENSER Direkte årsak Bakenforliggende årsak Plastisk deformasjon Flytegrensen overskrides pga. termomekaniske spenninger. Skruklemmer med forskjellige termisk lengeutvidelse. Kryp /sig Lite elastisk klemme, myk leder, stor trykkspenning, høy temperatur. Utflating av leder Klemmer med for store tverrsnittsområder har normalt åpne lederspor tilpasset maksimaltverrsnittet. Gjentatt termisk på- og avlastning med spenninger i flyteområdet. For stor tiltrekkingskraft. Fuktinntrengning, dårlig drenering av skrått monterte hylser. Vann i hylsa, fett på lina, rester av løsningsmidler Sprekkdannelse og brudd i klemme Frostsprengning i hylse Indre hydraulisk trykk i detonasjonsskjøt Løse bolter KONTROLL PÅVISNING -METODE REF. Nærmere beskrivelse Redusert kontaktkraft. Resistansøkning, Ustabil kontaktovergang Avsmelting av linetråder Overtemperatur Redusert mekanisk holdfasthet i strekkfaste skjøter. Utglidning av lina Fasebrudd Mastebrann Materialflytning. Liten tiltrekkingskraft Ikke brukt momentnøkkel Visuell inspeksjon Resistansmåling Termografering Permanent og momentan deformasjon Permanent og tidsavhengig deformasjon, se referanser [1] og [2] Synlig utflating Synlige sprekker eller brudd. Leder er løs Økt eller sterkt varierende hylsediameter. Leder er løs Momentnøkkel Mai 2011 Økt resistans Varmeutvikling Tiltrekkingsmoment. Rustrøde bolter Side 65 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.7 Dårlige kontaktoverganger i kontaktforbindelser. HENDELSE / SKADETYPE Dårlig kontaktovergang ÅRSAK MULIGE KONSEKVENSER Direkte årsak Bakenforliggende årsak Liten kontaktkraft Ikke brukt momentnøkkel, montasjekraften er feil eller ikke oppgitt, dårlig eller feil pressverktøy, Liten elastisitet. Dårlig kraftfordeling Dårlig kraftfordelende konstruksjon, små og tynne underlagsskiver. Lite oksid-brytende kontakter Mange og glatte kontaktflater som ikke er behandlet med slipende redskap, runde eller flate riller pga. remontering. Kontaktutformingen er lite oksidbrytende. Manglende bruk av fett i kontaktflatene, fett som oksiderer, hulrom i lederen er ikke fettfylt, utett tildekking, Korte klemmer, skjøtehylser med få innpressinger, tildekking av lederen med tape ol, fett med partikler i skrueforbindelser, lederen ligger skeivt Fasesammenslag, fugler, transformatorhavari, vann i kabelendeavslutninger, koblinger, lynnedslag, trefall. Dårlig forsegling av kontaktflatene Lite kontaktareal Ny figur!! Kortslutninger KONTROLL PÅVISNING -METODE REF. Nærmere beskrivelse Resistansøkning, Ustabil kontaktovergang Dynamiske påkjenninger og mekanisk svikt. Avsmelting av linetråder Overtemperatur Fasebrudd Brannskader Mai 2011 Visuell inspeksjon. Resistansmåling Termografering Synlige avvik i montasjen Økt resistans Varmeutvikling Mørke klemmer eller liner. Klemmen bør ha elastiske tallerkenskiver Boltene bør være innfettet Mange kontaktflater i automatskjøter (kileskjøt) Lysbuesår. Spenningsløse leveringspunkt eller avbrudd for innmatningspunkt Fett med partikler skal bare brukes i pressforbindelser Kan registreres som bryterutkobling i stasjon Side 66 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.8 Korrosjon i kontaktforbindelser. HENDELSE / SKADETYPE ÅRSAK Korrosjonsskader Direkte årsak Bakenforliggende årsak Galvanisk korrosjon, se Sammenkoblinger av ulike metaller (for eksempel Cu/Al). Ugunstige arealforhold mellom anode og katode. Konstruksjonsutforming med mulighet for fuktansamling. Katoden er ikke tildekket. Uinnfettet line Tabell A.9 Spaltekorrosjon, se Tabell A.9 Al Vekselstrømskorrosjon, se Tabell A.9 ∆U MULIGE KONSEKVENSER Fuktighet og forurensning i trange hulrom og spalter i klemmer og skjøter som ikke er fylt med fett. Høy atmosfærisk korrosivitet KONTROLL PÅVISNING -METODE REF. Nærmere beskrivelse Redusert kontaktareal Resistansøkning, Ustabil kontaktovergang Avsmelting av linetråder Overtemperatur Utglidning av line i kileskjøter hvor kilen har rustet fast. Fasebrudd Brannskader. Visuell inspeksjon. Resistansmåling Termografering Synlige korrosjonsprodukter Økt resistans Varmeutvikling Mørke klemmer eller liner. I uinnfettet line følger fuktigheten inn i klemmer / skjøter i bunnen av looper. Ujevn strømfordeling i linen med spenningsgradienter mellom trådene pga. korte klemmer, som omslutter linen dårlig, bendsletape på linen, oksidbelegg, liten kontaktkraft, dårlig preparering. Mai 2011 Side 67 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett A.3 Kraftledning Vedlegg A Korrosjonstyper Tabell A.9 gir en kort oversikt over de ulike korrosjonstypene: – Galvanisk korrosjon (GaK) – Spaltekorrosjon/tildekningskorrosjon (SK) – Gropkorrosjon (GrK) (Pitting) – Vekselstrømkorrosjon (ACC – alternating current corrosion) – Interkrystallinsk korrosjon (IK) – Gnidningskorrosjon (GlK) (Fretting) – Korrosjonsutmatting (KU) – Termogalvanisk korrosjon (TK) I denne håndboka er det ikke gitt en nøyaktigere beskrivelse av korrosjonstypene, men det henvises f. eks. til [18]-[21] hvor noen av de forskjellige korrosjonstypene er nærmere beskrevet. I en årsaksanalyse vil det være viktig å identifisere type korrosjon, fordi dette vil gi en indikasjon på skadeårsak og dermed vil gi mulighet til gjennomføre korrigerende tiltak. Mai 2011 Side 68 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg A Tabell A.9 Korrosjonsmekanismer. Mekanisme Galvanisk korrosjon (GaK) Årsaker Virkninger, kommentarer Oppstår på et metallisk materiale (anode) når det er i elektrisk ledende forbindelse med et annet edlere metallisk materiale (eller et annet ellektronledende materiale/katode), og det er en elektrolytisk forbindelse mellom de to metallene. Kan oppstå i punkt på stålaluminiumliner og på liner under stålarmatur hvor fuktighet kan samle seg over lengre tid Spaltekorrosjon (SK) I spalter eller sprekker som er store nok til at fuktighet kan trenge inn og samtidig så trang at det fuktighet blir stillestående, kan det oppstå lokale korrosjonskader i form av meget store groper. Kan oppstå på en line i trange spalter mellom linetråder, under kontaktklemmer og skjøtehylser, bendsling, svspenningsklemmer, hengeklemmer, dempereosv., under korrosjonsprodukter, isolerende tape, neoprenhylser, isolasjonsbelegg, skitt, osv. GrK forekommer på metalloverflate som er dekket av et tynt, passiverende oksidsjikt (aluminium, rustfritt stål …) På legerte aluminiumliner kan det observeres mange men små groper på overflaten, mens det på reinaluminium kan oppstå færre og større groper. IK er lokale galvaniske angrep på eller ved korngrensene, mens det for øvrig er relativt små angrep på overflaten. Interkrystallinsk korrosjon forekommer i bla. rustfrie stål og Al-legeringer. Legerte AL-liner kan bli spesielt utsatt for IK. Angrepene starter gjerne i områder med korrosjon på overflaten (SK, GrK, GaK) Gnidningskorrosjon er en skade som kan oppstå når to tettliggende metallflater beveger seg mot hverandre med små oscillerende bevegelser. Det nest ytterste trådlaget er ofte utsatt for gnidningskorrosjon i området mellom klemstykket og linens siste opplagerpunkt. En annen kritisk sone er der trådene i ytre lag forlater klemstykket på øverste halvdel av linen. Sinken på stålkjernen kan tæres bort på grunn av egenkorrosjon og på grunn av galvanisk korrosjon ved kontakt med AL-trådene. Når sinken er helt eller delvis borte vil det oppstå akselerert GaK på ALtrådene. GaK kan initiere: - SK mellom Al-trådene - IK på AlMgSi-tråder - ACC mellom Al-trådene Tverrsnittsreduksjonen reduserer strekkfastheten, gir tøyning, slakke tråder, slitasje og vekselstrømskorrosjon. I bunnen av gropene kan det initieres: - IK - Sprekker og utmattingsbrudd hvis linen vibrerer. Gropkorrosjon (GrK) Interkrystallinsk korrosjon (IK) Gnidningskorrosjon (GnK) Vekselsstrømkorrosjon (ACC) Dersom det oppstår en strømkrets mellom to elektroder i en elektro- lytt, hvor den ene eller begge elektrodene er aluminium, vil vekselstrømmen kunne føre til akselerert korrosjon. Vekselstrømskorrosjon kan oppstå ved ujevn strømfordeling mellom trådene pga. slitasje, trådbrudd, lysbuesår dårlig kontakt i klemmer og skjøter. Korrosjonsutmatting (KU) Termogalvanisk korrosjon (TK) Korrosjonsutmatting er sprekkdanning som følge av varierende spenninger og samtidig korrosjon. Galvanisk celle dannet av en termisk gradient. Når et material blir utsatt for en temperaturgradient i korrosivt miljø, kan det oppstå et galvanisk element, slik at vi får såkalt termogalvanisk korrosjon. Vanligvis vil de varme områdene danne anoder og de kalde katoder. GrK har en uberegnelig tidsfunksjon. Etter at eksponeringen av linen har begynt vil det ofte ta måneder og år før den første gropen dannes, men så kan tæringshastigheten bli høy. GrK kan initiere: - Sprekkvekst nær oppheng og skjøter - IK IK er farlig fordi sammenbindingen mellom lommene kan bli så dårlig at strøm og strekkrefter ikke kan overføres. Trådenes bruddforlengelse kan reduseres så kraftig (70-90%) at de ikke tåler tøyning eller utmatting ved vibrasjoner eller bøyning. GnK i liner med flere trådlag kjennetegnes ved linseformede merker i kontaktflaten mellom trådene. Mellom trådene vil et mørkt belegg være synlig. På liner vil man ofte få ellipseformede slitasjesår mellom trådlagene nær oppheng og skjøter eller mot løse og slakke tråder. GnK kan gi tverrsnittsreduksjon og initiere små sprekker som gradvis vokser til utmattingsbrudd. Tverrsnittreduksjon eller trådbrudd kan initiere vekselstrømkorrosjon mellom tråder med og uten skader. Den typiske effekten av ACC er dannelse av "nålehull” hvor det kun er en liten del av overflaten som blir angrepet. Korrosjonen er synlig ved at mørke eller korroderte tråder snor seg langs linen. Angrepet er spesielt markert hver gang trådene kommer på undersiden av linen. Det kan derfor oppstå regelmessige utbulninger på linens underside. Fra et sår på linen kan korrosjonsangrepet forplante seg flere meter til hver side. Pendlende looper, som har lav svingefrekvens, er sannsynligvis spesielt utsatt. I en line kan det eksempelvis oppstå temperaturgradienter i overgangssonen mellom den vanligvis kaldere henge- eller avspenningsklemmen og området like utenfor. Trådbrudd eller sårskader kan gi lokale varme punkt på linen. Mai 2011 Side 69 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B VEDLEGG B B TILSTANDSVURDERING AV TREMASTER Mai 2011 Side 71 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett B.1 Kraftledning Vedlegg B Metoder for tilstandsvurdering og karaktersetting Denne håndboka anbefaler ulike metoder for en tilstandsvurdering av trestolper. Noen metoder er mer nøyaktig enn andre, men krever derimot flere målinger for å skaffe nødvendige parametere som inngår i en beregning av stolpens reststyrke. Mens andre metoder er forholdsvis lett å gjennomføre, men har en større usikkerhet slik at stolper muligens dømmes ut for tidlig eller for sent. Kun en risikovurdering kan til sist gi et svar på hvilke metode et nettselskap skal velge for tilstandsvurdering av trestolper. Vanligvis brukes en enkel metode for master og linjeavsnitt som vurderes å være mindre kritiske, mens mer nøyaktige metoder for enkelmaster og linjeavsnitt som er kritiske eller hvor et havari vil medføre fare for sikkerhet. B.1.1 Generelt grunnlag for en tilstandsvurdering Under dimensjoneringen av trestolper gjelder kravet at de opptredende bøyespenningene ved dimensjonerende last QT skal være mindre eller lik stolpens bøyefasthet (fiberstyrke), dvs. Qd ≤ Rd Qd : Rd : opptredende bøyespenningen ved dimensjonerende last QT stolpens bøyefasthet (fiberstyrke) Selv om stolpen blir eldre, og skader utvikler seg, skal dette kravet oppfylles til enhver tid t: Qt ≤ Rt Qt : Rt : opptredende bøyespenningen ved dimensjonerende last QT på tidspunktet t stolpens bøyefasthet (fiberstyrke) på tidspunktet t I en ideell verden har vi kunnskap om alle viktige parametere som inngår i en beregning av verdiene Qt og Rt. I praksis vil det imidlertid være vanskelig å gjennomføre en nøyaktig beregning. Derfor anbefaler denne håndboka ulike metoder for å skaffe et mer eller mindre forenkelt estimat av de opptredende bøyespenningene (σγt) og bøyefastheten (fmt). For disse estimatene gjelder igjen: σγt ≤ fmt σγt : fmt : estimat av opptredende bøyespenningen ved dimensjonerende last QT estimat av stolpens resterende bøyefasthet (fiberstyrke) Fiberstyrken kan f.eks. estimeres vha. instrumentene Poletest eller POLUX. Et forholdsvis godt estimat av den opptredende bøyespenningen kan beregnes ved σγt = N / At+ Mb / Wt N = resulterende aksialkraft At = resterende tverrsnittsareal i kontrollpunktet Mb = samlet bøyemoment i jordbandet Wt = resterende motstandsmoment på kontrolltidspunktet Mai 2011 Side 73 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Hvis den opptredende bøyespenningen (σγt) ved dimensjonerende last (QT) er mindre stolpens resterende bøyefasthet/fiberstyrke (fmt) på kontrolltidspunktet da vil stolpen motstå den dimensjonerende lasten. I dette tilfellet oppfyller stolpen ved kontrolltidspunktet fortsatt dimensjoneringskravene, men det kan likevel bety at den har en svekket tilstand ( OK, karakter 1, 2 eller 3). En utskifting av stolpen kan likevel vurderes, spesielt hvis tilstanden bedømmes karakter 3 og hvis det forventes at tilstanden forverres ytterligere. En slik vurdering må være basert på en risikovurdering hvor linjens kritikalitet samt konsekvensene for havari, forventet videre tilstandsutvikling, tid til neste inspeksjon og sviktsannsynlighet inngår. Hvis imidlertid den opptredende bøyespenningen (σγt) ved dimensjonerende last (QT) er større stolpens resterende bøyefasthet/fiberstyrke (fmt) på kontrolltidspunktet da vil stolpen ikke motstå den dimensjonerende lasten. Hvis stolpen ikke har havarert ennå, vurderes dermed tilstanden som kritisk (karakter 4) og stolpen burde skiftes ut fordi den vil havarere ved den dimensjonerende lasten oppstår ( ikke OK). σγt < fmt σγt > fmt OK (karakter 1, 2 eller 3) ikke OK (karakter 4) Fasthet, spenning [N/mm2] Dessverre er verdien σγt og fmt ikke konstante verdier, men disse vil endre seg over tid. Trefibrenes styrke vil avta over tid, og skader som råtehull, hakkespetthull eller andre skader som svekker tverrsnittet til stolpen fører til at σγt øker. Dette kan illustreres som i diagrammet nedenfor: karakter 1, 2 eller 3 OK karakter 4 eller 5 ikke OK resterende bøyefasthet/ fiberstyrke (fmt) opptredende bøyespenning (σγt) tid tu: foreslått utskiftingstidspunkt Figur B.1 Endring av bøyefasthet (fiberstyrke) og opptredende bøyespenninger. Utfordringen i en tilstandskontroll er å finne ut eller beregne størrelsene σγt og fmt ved kontrolltidspunktet. Jo mer nøyaktig en kan bestemme størrelsene σγt og fmt, jo mer nøyaktig vil være vurderingen. Brukes veldig enkle metoder for å bestemme σγt og fmt kan dette resultere i unøyaktigheter og dermed usikkerheter i vurderingen. Mai 2011 Side 74 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett B.1.2 Kraftledning Vedlegg B Metoder for tilstandkontroll av trestolper Tilstanden og reststyrken til gamle og skadete tremaster kan bestemmes på forskjellige måter. I denne håndboka anbefales derfor ulike metoder for en tilstandsvurdering, avhengig av hvilke krav en stiller på hvor nøyaktig en vurdering skal være og hvor rask og enkel den skal kunne utføres. Jo mer nøyaktig en vurdering skal være, dess flere målinger må gjennomføres og dess mer tidkrevende vil en tilstandsvurdering være. Men jo mer nøyaktig vurderingen blir, dess mindre er faren for at stolpen dømmes ut for tidlig, eller for sent. Metode 1 er basert på en ganske nøyaktig kontroll av stolpens tilstand og reststyrke, dvs. er basert på at vi kan skaffe et godt estimat for bøyespenningen, samt at en klarer å måle fiberstyrken. De andre metodene er basert på forenklinger hvor en enten ikke har godt kunnskap om de opptredende spenninger σγt (metode 2b) eller bøyefastheten fmt (metode 2a). Metode 3 er basert på forenklede vurderinger av kun stolpens motstandsmoment (W). Metodene 2a, 2b og 3 er derfor mindre nøyaktige enn metode 1, men enklere og raskere, og egner seg dermed for en forenkelt tilstandsvurdering og bedømming av stolpens reststyrke hvis en del parametere og måleverdier mangler. Ulempen er at forenklingen fører til at kontrollen blir mer unøyaktig. Dette kan resultere i at stolper skiftes for tidlig, eller for sent. De ulike metodene er vist i Tabell B.1 og er nærmere beskrevet i dette vedlegget. Mai 2011 Side 75 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Tabell B.1 Kraftledning Vedlegg B Anbefalte metoder og kriterier for en tilstandsvurdering av trestolper. Metode 1 er den mest eksakte som er basert på en nøyaktig tilstandskontroll, mens de andre metodene er basert på forenklinger. Parameter brukt for karaktersetting Metode Kontrollprinsipp Opptredende bøyespenning σγt, Bøyeholdfasthet, fmt 1 Estimat av opptredende spenninger σγt kontrolleres mot stolpens målte bøyefasthet (fiberstyrke) fmt fmt σγt = fmt 2a 2b 3 Forenkelt / usikkert estimat av opptredende bøyespenninger σγtf kontrolleres mot stolpens målte bøyefasthet (fiberstyrke) fmt Forhold mellom stolpens resterende (Wt) og minste tillatte motstandsmoment (Wmin)). Wmin = 0,75W0 der W0 er stolpens opprinnelige / dimensjonerte motstandsmoment. fm,t / σγt = s1 1,0 σγt Foreslått utskiftingstidspunkt Foreslått utskiftingstidspunkt Alder Opptredende bøyespenning σ σγtγt Estimat av opptredende spenninger σγt kontrolleres mot en på forhånd fastlagt absolutt verdi σtill Karakter, S1 = fmt / σσγtγt Alder Karakter, S2a = σtill till / σγt 1,33 σtill 1,0 σtill /σγt σγt = s2a Foreslått utskiftingstidspunkt Alder Opptredende bøyespenning σγt, Bøyeholdfasthet, fmt Foreslått utskiftingstidspunkt Alder Karakter, S2b = fmt / σσγtf γtf fmt σγt = fmt σγd 1,0 fmt / σγtf = s2b σγt γtf Foreslått utskiftingstidspunkt Alder Foreslått utskiftingstidspunkt Alder Motstandsmoment Wt Karakter, w Wo Wt 1,33 Wmin 1,0 Wt / 0,75W0. = s3 Foreslått utskiftingstidspunkt Mai 2011 Alder Foreslått utskiftingstidspunkt Alder Side 76 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Tabell B.2 gir en oversikt over ulike tilstandskontrollmetoder, fordeler og ulemper samt bruksområde. I tabellen er det også angitt hvilke parametere kontrollmetodene kan framskaffe for å gjennomføre en vurdering av stolpens tilstand og (rest-)styrke. Tabell B.2 Egenskaper samt fordeler og ulemper av noen utvalgte tilstandskontrollmetoder. Tabellen er laget med tanke på råtekontroll. Tilstandskontrollmetode Visuell inspeksjon Indikasjon av 1) u Råtehund i+u Hammer i+u Manuelt bor og kreosotsonde Momentbor (f.eks. Resistograph) PURL i+u Pole Test POLUX Pilodyn 1) Fordeler Enkel, ikkedestruktiv Hurtig, enkel, lettvint Billig, meget rask, pålitelig ved frisk stolpe Ulemper Bruksområdet 2) l Parameter l - Trenet inspektør l - Delvis destruktiv k At, Wt k At, Wt l 4) + k At, Wt Trenet inspektør, Instrument må kalibreres for valgt tresort Kvantifisering av bøyholdfasthet fmidd fmkt Forholdsvis tungt instrument Kvantifisering av bøyeholdfasthet Kvantifisering av stolpens restdiameter fmidd fmkt Trenet inspektør, tar lang tid Trenet inspektør i+u Rask, nøyaktig Delvis destruktiv i+u Nøyaktig (råtelommens form, størrelse og plassering) Rask, beregner resterende styrke til stolpen Tidskrevende gjennomsnittlig bøyefasthet i området der hvor det er foretatt målinger i+u bøyefasthet i målepunktet bøyefasthet i målepunktet 3) - Dt At u: utvendig råte, i: innvendig råte, i + u: detekterer både innvendig og utvendig råte (Merk at ikke alle metoder skiller entydig mellom innvendig og utvendig råte) 2) l: lokalisering av skader / råte k: kvantifisering av skadeomfanget 3) Parameter som kan estimeres med denne kontrollmetoden og som er nødvendig for å analysere stolpens reststyrke iht. kriteriet at f N M σ γt = + b ≤ mkt = f mt At Wt γm 4) Instrumentet kan brukes i lokaliseringsfasen men det er mer hensiktsmessig å bruke raskere metoder som f.eks. hammer Mai 2011 Side 77 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Metode 1: Opptredende spenninger kontrolleres mot målt materialfasthet Metode 1 er basert på en forholdsvis nøyaktig tilstandskontroll. Ut i fra en bruddgrensebetraktning anses stolpen å tilfredsstille funksjonskravet hvis den opptredende bøyespenningen (σγt) ved dimensjonerende last (QT) er mindre eller lik stolpens resterende bøyefasthet/fiberstyrke (fmt) på kontrolltidspunktet. I prinsippet er stolpens restlevetid den tiden nedbrytningen tar inntil opptredende spenning er større eller lik stolpens svakeste fiber (σγt ≥ fmin). I praksis vil ikke vi kunne finne svakeste fiber, men vi har muligheten til å vurdere om opptredende spenning er større eller lik for eksempel stolpens gjenværende karakteristiske bøyefasthet (σγt ≥ fmkt). Eksklusjonsverdien fmkt baseres da på tilstandsmålinger, som pga. spredningen i fiberstyrken rundt stolpen gir en viss usikkerhet i materialfastheten (se avsnitt B.3 i Vedlegg B). Det anbefales å ta hensyn til gjenstående usikkerheter i beregningen vha. koeffisienten γm som tar hensyn til materialkvaliteter, kvaliteten av regnearbeid og kvaliteten frem til ferdig oppsatt stolpe. Tilstandsvurderingen baseres på klimalaster, teknisk utforming (spennlengder, mastekonstruksjon) og innsamlede tilstandsdata på kontrolltidspunktet (råtelommer, skader osv. og fiberstyrken i restskallet). Beregningene av de opptredende spenningene i stolpen baserer seg på at kreftene i masten er kjent ved hjelp av linjeberegningsprogram. I mangel av linjeberegningsdata kan man også forenkle ved å forutsette at stolpene er eksakt riktig dimensjonert, og estimere de opptredende bøyespenningene ut i fra tillatt dimensjonerende bøyespenning og gjenværende motstandsmoment, se metode 2b. Funksjonskravet er at estimatet for de opptredende spenningene i en stolpe (σγt) er mindre eller lik estimatet for stolpens fasthet (fmt) dvs. σγt = NFv/At + Mb tot/Wt ≤ fmkt / γm = fmt hvor (Figur B.2): NFv At Mb tot Wt fmkt γm = resulterende aksialkraft = resterende tverrsnittsareal i kontrollpunktet; ny stolpes tverrsnitt i jordbandet er A = π · D 2 / 4 = NFv · e + FRh · l = samlet bøyemoment i jordbandet FRh = resulterende horisontalkraft l = stolpelengde e = utbøyning i stolpetoppen = resterende motstandsmoment på kontrolltidspunktet; ny stolpes motstandsmoment i jordbandet, W = π · D3/ 32 = trefibrenes karakteristiske fasthet på kontrolltidspunktet (se avsnitt B.3 i Vedlegg B) = koeffisient som tar hensyn til materialkvaliteter, kvaliteten av regnearbeid og kvaliteten frem til ferdig oppsatt stolpe Fordelen med denne metoden er at den er ganske nøyaktig, og feilvurderinger, som kan føre til at stolper blir utskiftet for tidlig eller for sent, blir stort sett unngått. Ulempen med denne metoden er at den krever tilgang på data fra prosjekteringen av linjen. Slike data er ofte utilgjengelige for gamle linjer, men de kan relativt lett framskaffes ved å gjennomføre en ny linjeberegning. I tillegg forutsettes det at det gjennomføres målinger på stolpens bøyefasthet, som betyr at utstyret for måling av trefibrenes fasthet må tas med på befaringer. Mai 2011 Side 78 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B NFv NFv N FRh -e- l M NFv*e ·M e = e =N·e FRh = F MFF = ·M h·l *l Resulterende horisontalast og vertikallast Figur B.2 Bøyemoment (Mb = Me + MF) pga. aksialkraft (N), horisontalkraft (Fh) og utbøyning (e) i et mastebein med lengde l. Det er klart at hvis fmt < σγt, dvs. hvis stolpens bøyefasthet (fiberstyrke) er mindre enn de opptredende spenningene, oppfyller stolpen ikke lengre kravet å kunne motstå en dimensjonerende last. Stolpen kommer til å ryke når den dimensjonerende lasten (en ekstremhendelse, f.eks. en 200-års storm) opptrer. Hvis fmt > σγt vil forholdet mellom fmt og σγt være et mål for hvor mye kapasitet trestolpen har for å motstå de opptredende spenningene i tilfelle at den dimensjonerende belastningen oppstå. Hvis fmt er mye større enn σγt vil stolpen med stor sikkerhet overleve en ekstremhendelse. Hvis fmt kun er litt større enn σγt vil stolpen være i karakter 3 og det kan skje at tilstanden rask blir kritisk (karakter 4) når skaden utvikler seg. For en karaktersetting er det foreslått å sette de opptredende spenningen σγt i relasjon til stolpens bøyefasthet (fiberstyrke) fmt: fmt / σγt = s1 s1 er en sikkerhetsfaktor, og kravet er at s1 > 1. Hvis s1 ≤ 1 vil antakelig stolpen ikke kunne motstå den dimensjonerende klimalasten. Stolpen vil ikke lengre oppfylle funksjonen å kunne motstå dimensjonerende klimalaster. Stolpen vurderes dermed kritisk i forhold til å kunne motstå en kraftig storm eller store islaster. Dette betyr at s1 ≤ 1 indikerer en kritisk tilstand, og karakter 4. Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell B.3 Tabell B.3 Tremast – Karaktersetting, metode 1. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting s1 > 2,2 1,33 < s1 ≤ 2,2 1 < s1 ≤ 1,33 s1 ≤ 1 mastehavari fmkt > σγt fmkt ≤ σγt mastehavari Mai 2011 Side 79 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Metode 2a: Opptredende spenninger kontrolleres mot en på forhånd fastlagt absolutt verdi Metode 2a ligner metode 1, men når en ikke har mulighet til å måle bøyefastheten (fiberstyrken), fmkt, må det velges en absoluttverdi σtill, som øvre grense for opptredende bøyespenning. Dermed gjelder kravet at de opptredende spenningene σγt må være mindre eller lik σtill. σγt = NFv/At + Mb tot/Wt ≤ σtill Avhengig av om stolpen ble dimensjonert etter den nye norske normen for mekanisk dimensjonering (NEK 609) eller den gamle normen (NEN 11.2.65, før 1997) skal det velges følgende verdier for σtill: – Gammel norm (NEN 11.2.65): σtill = 21 N/mm2 – Ny norm (NEK 609, NEK EN 50341): σtill = 40,3 N/mm2 Fordelen med metoden er at det ikke er behov for å måle trefibrenes fasthet. Ulempen er imidlertid at trefibrenes fasthet kan være større eller mindre enn de opptredende spenningene σγt og verdien σtill. Dette betyr at stolper kan bli dømt ut for tidlig eller for sent. En ny stolpe blir/ble dimensjonert slik at de opptredende spenningene σγt ved en dimensjonerende belastning ikke er større enn 15,7 N/mm2 (gammel norm) eller 30 N/mm2 (ny norm). En stolpe defineres derfor her som ”så god som ny” (tilstand 1) når de opptredende spenningene ikke overskrider 15,7 N/mm2 (gammel norm) eller 30 N/mm2 (ny norm). Stolpen oppfyller ikke lengre kravene å kunne motstå den dimensjonerende belastningen ( karakter 4) når σγt > σtill = 21 N/mm2 (gammel norm) eller σγt > σtill = 40,3 N/mm2 (ny norm), dvs. stolpen har sviktet i forhold til sin sekundærfunksjon (kritisk tilstand). Kriterier for tilstandskarakter 1–5 er gitt i Tabell B.4-Tabell B.5. Tabell B.4 Tremast – Karaktersetting, metode 2a. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting (gammel norm, NEN 11.2.65) σγt < 15,7 N/mm2 15,7 N/mm2 ≤ σγt < 17,6 N/mm2 17,6 N/mm2 ≤ σγt < 21 N/mm2 σγt ≥ 21 N/mm2 = σtill Mastehavari Kriterier for karaktersetting (ny norm, NEK 609) σγt < 30 N/mm2 30 N/mm2 ≤ σγt < 33,6 N/mm2 33,6 N/mm2 ≤ σγt < 40,3 N/mm2 σγt ≥ 40,3 N/mm2 = σtill mastehavari Tabell B.5 Tremast – Karaktersetting, metode 2a, alternativ. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting (gammel norm, NEN 11.2.65) s2a = σu / σγt s2a > 1,33 1,12 < s2a ≤ 1,33 1 < s2a ≤ 1,12 s2a ≤ 1 mastehavari Kriterier for karaktersetting (ny norm, NEK 609) s2a = σu / σγt s2a > 1,35 1,12 < s2a ≤ 1,35 1 < s2a ≤ 1,12 s2a ≤ 1 mastehavari Mai 2011 Side 80 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Metode 2b: Forenkelt estimat av opptredende bøyespenninger kontrolleres mot stolpens virkelig bøyefasthet (fiberstyrke) fmt I mangel av et program som kan foreta en nøyaktig beregning av de opptredende spenningene, og hvis en ikke har kunnskap på klimalaster, teknisk utforming osv., så kan det foretas en forenklet beregning av de opptredende bøyespenningene σγbt. Det forutsettes at stolpen er riktig dimensjonert og at vi har kunnskap om stolpens motstandsmoment Wt. Kravet er at de opptredende bøyespenninger er mindre enn stolpens gjenværende bøyefasthet (fiberstyrke) fmt, dvs. σγbt ≤ fmt Estimatet for den gjenværende bøyefastheten (fiberstyrken) fmt kan måles og beregnes som beskrevet i avsnittet for metode 1. De opptredende bøyespenningene σγbt kan forenkelt beregnes ved – Gammel norm (NEN 11.2.65): σγbt = 15,7 N/mm2 / wt – Ny norm (NEK 609, NEK EN 50341): σγbt = 30 N/mm2 / wt hvor w1 er restverdien av stolpens motstandsmoment (i forhold til stolpens dimensjonerte motstandsmoment W0) på kontrolltidspunktet. wt kan beregnes ved wt = Wt / W0 Fordelen er at denne metoden er relativt rask å gjennomføre. Ulempen er at vi får en usikker bedømming da vi ikke kjenner de virkelige opptredende spenningene og fiberstyrken. Det tas ikke hensyn til trykkspenningene (bidraget er vanligvis lite) og eventuelle tilleggspenninger pga. utbøyning i mastetoppen og virkelig bøyemomentet. Lignende som i metode 1 må vi for en karaktersetting sette de opptredende bøyespenningen σγbt i relasjon til stolpens virkelig bøyefasthet (fiberstyrke) fmkt, dvs. s2b = σγbt / fmkt s2b er en sikkerhetsfaktor, og kravet er at s2b ≥ 1. Hvis s2b ≤ 1 må vi dømme ut stolpen fordi den ikke lengre oppfyller kravet om å kunne motstå den dimensjonerende klimalasten. Dette betyr at s2b ≤ 1 indikerer karakter 4. Verdier for karaktersettinger gitt i Tabell B.6. Tabell B.6 Tremast – Metode 2b. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting s2b > 2,2 1,33 < s2b ≤ 2,2 1 < s2b ≤ 1,33 s2b ≤ 1 mastehavari Mai 2011 Side 81 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Metode 3: Skalltykkelse, restdiameter eller tverrsnittets motstandsmoment kontrolleres mot fastlagte absoluttverdier Denne metoden er svært forenkelt og gjelder kun for råte eller andre skader i stolpens nedre halvdel (i jordbånd og et par meter oppover). Denne metoden er ”vanlig praksis” ved å kontrollere om skalltykkelsen eller restdiameteren ligger innenfor tabellariske kriterier for utdømming. Metoden er beskrevet i REN blad 2022 [11]. Denne metoden er basert på et forenkelt estimat av den opptredende bøyespenningen som beskrevet ved metode 2b. Beregning av bøyespenningen er imidlertid ikke nødvendig fordi en kan bruke stolpens resterende motstandsmoment Wt som tilstandkr iterium. Metoden er basert på å vurdere Wt opp mot maks tillatt reduksjon av motstandsmomentet, ∆W. Ved denne metoden utnyttes det en vanlig praksis som er beskrevet i REN blad 2022 [11]. Det tillattes en maksimalt tillatt reduksjon i motstandsmomentet (∆w) med 25 %. Dette betyr samtidig at stolpens resterende motstandsmoment Wt må oppfylle kravet på minst 75 % av dimensjonerte motstandsmoment W0, dvs. Wt = wt ≥ 0.75 = 75% W0 En ny stolpe har (forutsatt at den er riktig dimensjonert) wt ≥ 100 %. Hvis wt < 75 % skal stolpen skiftes ut, fordi tilstanden er kritisk (karakter 4). Stolpen står fortsatt, men risikoen er høy for at stolpen havarerer hvis store belastninger oppstår, f.eks. ved en storm eller ved store islaster. Stolpen har dermed sviktet i forhold til sin sekundærfunksjon fordi den antakelig ikke kan motstå den dimensjonerende klimalasten. Karakteren kan alternativt settes ved å bruke forholdet mellom stolpens resterende (Wt) og minste tillatte motstandsmoment (Wmin)), s3 = Wt / Wmin. = Wt / 0,75W0. I Tabell B.7er kriterier for karaktersetting gitt. Det finnes to alternativer for å analysere tverrsnittet og for å estimere Wt: Forenkelt undersøkelse av tverrsnittet og ”nøyaktig” tverrsnittskontroll, se avsnitt B.2 i Vedlegg B. Hvis stolpen kun er utsatt enten ytre eller indre råteangrep kan tilstandskontrollen forenkles ved å måle kun minste friske skalltykkelse (indre råte) eller minste friske jordbåndsdiameter (ytre råte); se også REN blad 2022 [11]. Karaktersetting skjer iht. Tabell B.8 eller Tabell B.9. Tabell B.7 Tremast – Metode 3. Karakter 1 2 3 4 5 Kriterier for karaktersetting wt = Wt / W0 wt = 100 % 90 % < wt < 100 % 75 % < wt ≤ 90 % wt ≤ 75 % mastehavari Kriterier for karaktersetting s3 = Wt / (0,75·W0) = wt / 0,75 s3 = 1,33 1,12 % < s3 < 1,33 1 < s3 ≤ 1,12 s3 ≤ 1 mastehavari Mai 2011 Side 82 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B For innvendig råte (gjelder mest kreosotimpregnerte stolper) er det vanlig praksis hos mange elverk å kartlegge råtelommer ved banking og boring. ”Bor” og ”PURL” kan brukes for å bestemme skalltykkelsen t utenfor lommen. Det foretas vanligvis en forenkling der en setter at stolpens tverrsnitt er et rør med minste registrerte skalltykkelse (tmin) (eller eventuelt et gjennomsnitt av skalltykkelsene). En relasjon mellom dimensjonert jordbåndsdiameter, tilstandskarakter og minste friske skalltykkelse er gitt i Tabell B.8. Ved ytre råte (gjelder mest saltimpregnerte stolper) gir Tabell B.9 en relasjon mellom dimensjonert jordbåndsdiameter, tilstandskarakter og minste friske jordbandsdiameter ved en forenkelt undersøkelse av tverrsnittet. Er det en kombinasjon av ytre og indre råte må ikke Tabell B.1 og Tabell B.9 brukes. I dette tilfellet må stolpens resterende motstandsmoment Wt beregnes. Fordelen med metode 3 er at den er relativt rask å gjennomføre. Ulempen er en stor usikkerhet da vi ikke kan vurdere om opptredende spenninger på grunn av horisontalkrefter, vertikalkrefter, tverrsnittsreduksjon og utbøyning i stolpetoppen er større eller mindre enn bøyefastheten (fiberstyrken), dvs. at σγt = N/A + Mb tot/Wt ≤ fmt. En forutsetning for metoden er at stolpen i utgangspunktet er riktig dimensjonert. Det dras ikke nytte av informasjon om stolpens individuelle fasthet, og det tas heller ikke hensyn til at enkelte mastekonfigurasjoner gir økte eller reduserte påkjenninger, f.eks. master med barduner og strever. Metode 3 vil i de fleste tilfeller føre til at stolper blir dømt ut for tidlig. Tabell B.8 Tremast – Metode 3. Kriterier for karaktersetting ved en forenkelt undersøkelse av tverrsnittet. Tabellen viser minste friske skalltykkelse (i mm) der stolpen har innvendige skader som f.eks. innvendig råte. Karakter 160 170 180 1 80 85 90 2 35 37 39 3 23 25 26 4 <23 <25 <26 5 Karakter 300 310 320 1 150 155 160 2 66 68 70 3 44 45 47 4 <44 <45 <47 5 Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 1) 190 200 210 220 230 240 250 260 95 100 105 110 115 120 125 130 42 44 46 48 50 53 55 57 28 29 31 32 34 35 37 38 <28 <29 <31 <32 <34 <35 <37 <38 mastehavari Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 1) 330 340 350 360 370 380 390 400 165 170 175 180 185 190 195 200 72 74 77 79 81 83 85 88 48 50 51 53 54 56 57 59 <48 <50 <51 <53 <54 <56 <57 <59 mastehavari 270 280 290 135 140 145 59 61 63 40 41 42 <40 <41 <42 410 420 430 205 210 215 90 92 94 60 62 63 <60 <62 <63 1) Verdiene som er gitt som tilstandskriterium (skalltykkelse) i tabellen er basert på en nøyaktig beregning og er gitt i mm. I praksis vil det ikke være mulig å måle skalltykkelsen så nøyaktig. Det ble likevel valgt å angi tilstandskriteriene på denne måten. En kontrollør må ta en avgjørelse om sine måleresultater fører til at stolpen klassifiseres i den ene eller den andre karakteren. Mai 2011 Side 83 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Tabell B.9 Tremast – Metode 3. Kriterier for karaktersetting ved en forenkelt undersøkelse av tverrsnittet. Tabellen viser minste friske jordbåndsdiameter (i mm) ved utvendige skader som f.eks. utvendig råte eller avskallinger. Karakter 1 2 3 4 5 Karakter 1 2 3 4 5 160 160 154 145 170 170 164 154 180 180 174 164 Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 2) 190 200 210 220 230 240 250 260 190 200 210 220 230 240 250 260 183 193 203 212 222 232 241 251 173 182 191 200 209 218 227 236 270 270 261 245 280 280 270 254 290 290 280 263 <145 <154 <164 <173 <182 <191 <200 <209 <218 <227 <236 <245 <254 <263 300 300 290 273 310 310 299 282 320 320 309 291 mastehavari Dimensjonert jordbånddiameter [mm] 2) 330 340 350 360 370 380 390 400 330 340 350 360 370 380 390 400 319 328 338 348 357 367 377 386 300 309 318 327 336 345 354 363 410 410 396 373 420 420 406 382 430 430 415 391 <273 <282 <291 <300 <309 <318 <327 <336 <345 <354 <363 <373 <382 <391 mastehavari 2) Verdiene som er gitt som tilstandskriterium (jordbåndsdiameter) i tabellen er basert på en nøyaktig beregning og er gitt i mm. I praksis vil det ikke være mulig å måle jordbåndsdiameteren så nøyaktig. Det ble likevel valgt å angi tilstandskriteriene på denne måten. En kontrollør må ta en avgjørelse om sine måleresultater fører til at stolpen klassifiseres i den ene eller den andre karakteren. Mai 2011 Side 84 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett B.2 Kraftledning Vedlegg B Undersøkelse av stolpens tverrsnitt og beregning av stolpens motstandsmoment B.2.1 Beregning av stolpens dimensjonerte motstandsmoment Det dimensjonerte motstandmomentet (W0) til en stolpe hvor D0 er stolpens dimensjonerte diameter (= stolpens diameter ved tidspunktet t0 da linjen ble satt opp, forutsatt at stolpen er riktig dimensjonert) er: W0 = π · D03 / 32 Det forutsettes at stolpen er uten skader (råteskader, hakkespetthull, avskallinger, etc.) da den ble satt opp. B.2.2 Undersøkelse av tverrsnitt og stolpens resterende motstandsmoment Det er to alternativer for å undersøke og beregne stolpens resterende tverrsnitt At og motstandsmoment Wt (Figur B. 3): 1. Forenklet undersøkelse av tverrsnitt Det foretas en forenkling der en setter at stolpens tverrsnitt er et rør med minste registrerte skalltykkelse ts. Wt beregnes ved Wt = π · (D4– d 4) / (32·D) hvor d=D–2·ts. Dette er vanlig praksis i mange elverk. Dette fører til at stolpens resterende tverrsnittsareal At blir ofte estimert å være mindre enn det virkelige tverrsnittarealet. Derfor blir det beregnete motstandsmomentet Wt ofte for lite. Dette har samtidig som konsekvens at en bedømmer tilstanden å være dårligere enn den egentlig er. 2. ”Nøyaktig” undersøkelse av tverrsnitt En grundig kontroll vil kunne gi riktig størrelse og plassering av råtelommene. Tverrsnittsarealet At og motstandsmomentet Wt kan dermed beregnes med relativt stor nøyaktighet. Wt beregnes for den svakeste bøyeaksen. En nøyaktig beregning av Wt kan bli forholdsvis komplisert. Måleinstrumentet PURL angir et estimat for det relative nøyaktige motstandsmomentet (wt). Motstandsmomentet Wt blir dermed: Wt = wt · W0 = wt · π · D03 / 32 En nøyaktig undersøkelse av tverrsnittet er alltid å foretrekke fremfor en forenkelt undersøkelse av tverrsnittet. Mai 2011 Side 85 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Stolpens resterende tverrsnittsareal At d = D – 2 ts Figur B. 3 Forenklet (venstre) og nøyaktig (høyre) undersøkelse av tverrsnittet. Mai 2011 Side 86 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett B.3 Kraftledning Vedlegg B Trefibrenes karakteristisk fasthet Trefibrenes karakteristisk fasthet fmkt ved kontrolltidspunktet t beregnes basert på en serie av flere enkelmålinger av trefibrenes fasthet. Vi antar at det ble gjennomført n målinger (f.eks. med instrumentene POLUX eller Poletest) og at enkelresultatene av de n målingene betegnes f1, f2, f3, ..., fn. Et estimat for trefibrenes karakteristisk fasthet fmkt kan beregnes ved f mkt = f midd − k ⋅ s fmkt = trefibrenes karakteristiske fasthet på kontrolltidspunktet fmidd = middelverdi av målingene s = standardavvik av målingene k = statistisk størrelse (kvantiler i t-fordelingen) Middelverdi og standardavvik av målingene, fmidd og s Middelverdien og standardavviket av målingene beregnes ved f midd = s= f1 + f 2 + f 3 + ... + f n 1 n = ∑ fi n n i =1 n 1 ⋅ ∑ ( f i − f midd ) 2 n − 1 i =1 n = antall målinger f1, f2, …, fi, …, fn = resultatet til enkelmålingene Statistisk størrelse k Fibrenes fasthet (fiberstyrken) er forskjellig på ulike punkter på stolpen. Utfordringen med målingen av trefibrenes fasthet er at en må estimere styrken til de svakeste trefibrene, fordi det er de svakeste fibrene som har mest betydning for stolpens reststyrke. En kan anta at trefibrenes fasthet er tilnærmet normalfordelt. Kjenner en denne normalfordelingen brukes vanligvis 5%-fraktilen (f5%, 5%-kvantilen) som trefibrenes karakteristisk fasthet fmkt. Jo flere målinger det blir gjennomfører på en stolpe, jo bedre blir kunnskapen om denne normalfordelingen, og jo mer nøyaktig blir estimatet for 5%-fraktilen (= estimat for trefibrenes karakteristisk fasthet fmkt). I beregningen av trefibrenes karakteristisk fasthet (fmkt) inngår en faktor (k). Ved hjelp av denne faktoren blir det tatt hensyn til sammenhengen mellom antall målinger og usikkerheten til estimatet for trefibrenes karakteristisk fasthet. k er en statistisk størrelse som er avhengig av antall målinger og krav til sikkerhet. Tabellen nedenfor viser i hvilken størrelsesorden k skal velges, avhengig av hvor mange målinger som gjennomføres på en stolpe (n = antall målinger). Mai 2011 Side 87 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg B Tabell B.10 Sammenheng mellom k og antall målinger n. n k 6,314 2,920 2,353 2,132 2,015 1,943 1,895 1,860 1,833 1,761 1,729 1,700 1,660 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 100 Antatt at n målinger resulterte i fmidd = 50 N/mm2 og s = 5 N/mm2, så viser Figuren nedenfor at få målinger (n er lite) resulterer i et konservativt estimat for trefibrenes karakteristisk fasthet (fmkt). f5% Estimat for trefibrenes karakteristisk fasthet (fmkt) fmidd fmkt = fmidd – k·s n = 10 n=5 n=4 s s n=3 n=2 0 10 20 30 40 50 60 70 trefibrenes fasthet (f ) 1,833·s 2,132·s 2,353·s 2,920·s 6,314·s Figur B.4 Påvirkning av antall målinger på estimatet for trefibrenes karakteristisk fasthet (fmidd = 50 N/mm2, s = 5 N/mm2 ). Mai 2011 Side 88 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg C VEDLEGG C C TILSTANDSKRITERIER OG SKADENIVÅER PÅ FEAL-LINER 6/1 Mai 2011 Side 89 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Kraftledning Vedlegg C Tabell C.1 Tilstandskriterier og skadenivåer for korrosjon på FeAl-liner 6/1. Karakter Eksempel Tilsvarende skadenivå [5] 1 0 1 1.1 2 1.2 2 1.3 2 1.4 Mai 2011 Side 91 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Karakter Kraftledning Vedlegg C Eksempel Tilsvarende skadenivå [5] 2 2.2 3 3.1 3 3.2 3 3.3 Mai 2011 Side 92 av 93 Tilstandskontroll av kraftnett Karakter Kraftledning Vedlegg C Eksempel Tilsvarende skadenivå [5] 3 4.1 3 4.2 3 4.3 4 5.1 4 6.2 Mai 2011 Side 93 av 93 ENERGIAKADEMIET | EnergiAkademiet er energibransjens arena for kompetanseutvikling og erfaringsutveksling. Vårt mål er å være en foretrukken kurs og konferanseleverandør, en sentral samarbeidspartner i utvikling og gjennomføring av FoU prosjekter, en synlig leverandør av relevante publikasjoner og et naturlig kontaktpunkt ved behov for opplæring for energibransjen. EnergiAkademiet tilbyr kurs og konferanser for energibedriftene. Vårt mål er å dekke de behov våre medlemmer har for faglig BEDRIFTSTILPASSEDE KURS | Vi fokuserer på brukervennlige kurs og som et ledd i dette oppdatering, erfaringsutveksling og nettverksbygging. tilbyr vi også å holde skreddersydde kurs hos bedriftene. Våre arrangementer dekker hele verdikjeden, samt støtteområdene HR og økonomi. Våre arrangement er tilpasset nyutdannede NETTBUTIKK | I vår nettbutikk harbåde vi en stor portefølje bestående av forskrifter, publikasjoner, og de mer erfarne og ett av våre fokusområder er tilby kompetanse normer, guider og håndbøker, tilgjengelig for løssalg og abonnementsordninger. sikring for bedriftens kritiske kjernekompetanse. Bedriftstilpassede kurs | EnergiAkademiet fokuserer på bruker vennlige kurs og som et ledd i dette tilbyr vi å holde relevante kurs Les mer om våre tilbud på vår hjemmeside: ute hos bedriftene. Nettbutikk | Tekst må komplementeres her… www.energinorge.no/energiakademiet Les mer om våre tilbud på vår hjemmeside: www.energinorge.no/energiakademiet EnergiAkademiet Middelthunsgate 27 | Postboks 7184, Majorstuen | 0307 Oslo Tlf: 23 08 89 00 | Faks: 23 08 89 01 | [email protected] www.energinorge.no/energiakademiet
© Copyright 2024